[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP7568621B2 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP7568621B2
JP7568621B2 JP2021528124A JP2021528124A JP7568621B2 JP 7568621 B2 JP7568621 B2 JP 7568621B2 JP 2021528124 A JP2021528124 A JP 2021528124A JP 2021528124 A JP2021528124 A JP 2021528124A JP 7568621 B2 JP7568621 B2 JP 7568621B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
insulating film
dielectric constant
low dielectric
constant region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021528124A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2020255805A1 (en
Inventor
貴史 二木
憲次 永井
卓 上入佐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of JPWO2020255805A1 publication Critical patent/JPWO2020255805A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7568621B2 publication Critical patent/JP7568621B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H01L29/7833
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/481Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76816Aspects relating to the layout of the pattern or to the size of vias or trenches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/7682Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing the dielectric comprising air gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76829Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers
    • H01L21/76831Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing characterised by the formation of thin functional dielectric layers, e.g. dielectric etch-stop, barrier, capping or liner layers in via holes or trenches, e.g. non-conductive sidewall liners
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76898Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics formed through a semiconductor substrate
    • H01L21/84
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/482Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body (electrodes)
    • H01L23/485Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body (electrodes) consisting of layered constructions comprising conductive layers and insulating layers, e.g. planar contacts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5222Capacitive arrangements or effects of, or between wiring layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/528Layout of the interconnection structure
    • H01L23/5283Cross-sectional geometry
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/5329Insulating materials
    • H01L23/53295Stacked insulating layers
    • H01L27/1203
    • H01L29/41758
    • H01L29/41775
    • H01L29/66772
    • H01L29/78654

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

本開示は、半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.

携帯電話などの携帯通信端末のフロントエンドには、高周波(Radio Frequency:RF)の電気信号を取り扱う高周波スイッチ(RF-SW)が搭載されている。 The front end of mobile communication terminals such as mobile phones is equipped with a radio frequency switch (RF-SW) that handles radio frequency (RF) electrical signals.

このような高周波スイッチでは、通過する電気信号の損失を低減するために、オン状態の電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)の抵抗(オン抵抗とも称される)、及びオフ状態のFETの容量(オフ容量とも称される)を下げることが望まれている。すなわち、高周波スイッチでは、オン抵抗とオフ容量との積(Ron*Coff)を低減することが望まれており、様々な検討が行われている(例えば、特許文献1参照)。In such high-frequency switches, in order to reduce the loss of electrical signals passing through them, it is desirable to reduce the resistance of the field effect transistor (FET) in the on-state (also called on-resistance) and the capacitance of the FET in the off-state (also called off-capacitance). In other words, in high-frequency switches, it is desirable to reduce the product of the on-resistance and the off-capacitance (Ron*Coff), and various studies are being conducted (see, for example, Patent Document 1).

特開2015-207640号公報JP 2015-207640 A

したがって、高周波スイッチに用いられる電界効果トランジスタなどの半導体装置において、オン抵抗とオフ容量との積を低減することが望まれている。Therefore, it is desirable to reduce the product of on-resistance and off-capacitance in semiconductor devices such as field-effect transistors used in high-frequency switches.

よって、オフ容量をより低減することが可能な半導体装置、及び半導体装置の製造方法が提供されることが望ましい。Therefore, it is desirable to provide a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device that can further reduce the off-capacitance.

本開示の一実施形態に係る半導体装置は、ゲート電極と、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域とを備え、前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられるものである。A semiconductor device according to one embodiment of the present disclosure comprises a gate electrode, a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode between them, contact plugs respectively provided on the source region and the drain region, a first metal layered on each of the contact plugs, a first low dielectric constant region provided between each of the first metals in the in-plane direction of the semiconductor layer and in at least any region below the lower surface of the first metal in the stacking direction of the semiconductor layer, and a second low dielectric constant region provided between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and in at least any region below the first low dielectric constant region in the stacking direction, the second low dielectric constant region being provided in a planar region at least partially different from the planar region in which the first low dielectric constant region is provided.

本開示の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体層の上面側にゲート電極を形成する工程と、前記半導体層に、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を形成する工程と、前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の各々の上にコンタクトプラグを形成する工程と、前記コンタクトプラグの各々の上に第1メタルを積層する工程と、前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域を形成する工程と、前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域を形成する工程とを含み、前記第1低誘電率領域が形成される平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に前記第2低誘電率領域を形成するものである。A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present disclosure includes the steps of forming a gate electrode on an upper surface side of a semiconductor layer, forming a source region and a drain region in the semiconductor layer with the gate electrode between them, forming contact plugs on each of the source region and the drain region, stacking a first metal on each of the contact plugs, forming a first low dielectric constant region between each of the first metals in the in-plane direction of the semiconductor layer and in at least any region below the lower surface of the first metal in the stacking direction of the semiconductor layer, and forming a second low dielectric constant region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and in at least any region below the first low dielectric constant region in the stacking direction, and the second low dielectric constant region is formed in a planar region at least partially different from the planar region in which the first low dielectric constant region is formed.

本開示の一実施形態に係る半導体装置、及び半導体装置の製造方法によれば、前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域と、前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域とを設けることで、コンタクトプラグとゲート電極との間の空間の誘電率を低下させることができる。According to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present disclosure, a first low dielectric constant region is provided between each of the first metals in the in-plane direction of the semiconductor layer and in at least any region below the lower surface of the first metal in the stacking direction of the semiconductor layer, and a second low dielectric constant region is provided between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and in at least any region below the first low dielectric constant region in the stacking direction, thereby reducing the dielectric constant of the space between the contact plug and the gate electrode.

入出力ポート数が1対10である高周波スイッチの構成を示した模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a high-frequency switch having a 1:10 input/output port number. 入出力ポート数が1対1である高周波スイッチの構成を示した模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a high-frequency switch having a one-to-one input/output port number; 図2に示す高周波スイッチの等価回路を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the high-frequency switch shown in FIG. 2 . 図2に示す高周波スイッチがオン状態の場合の等価回路を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit when the high-frequency switch shown in FIG. 2 is in an on state. 図2に示す高周波スイッチがオフ状態の場合の等価回路を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit when the high-frequency switch shown in FIG. 2 is in an off state. 本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す平面図である。1 is a plan view showing an overall configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present disclosure; 同実施形態に係る半導体装置の図6のVII-VII線における断面構成を示す縦断面図である。7 is a vertical cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the embodiment taken along line VII-VII in FIG. 6. 一般的な電界効果トランジスタのオフ容量を要素ごとに分けて模式的に示した縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic diagram of the off-capacity of a general field-effect transistor, divided into elements. 比較例に係る半導体装置の積層構造を示す縦断面図である。FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a layered structure of a semiconductor device according to a comparative example. 図7に示す半導体装置と、図9に示す比較例に係る半導体装置との外部成分Cexの大きさをシミュレーションした結果を示すグラフ図である。10 is a graph showing the results of simulating the magnitude of the external component Cex of the semiconductor device shown in FIG. 7 and the semiconductor device according to the comparative example shown in FIG. 9 . 図7で示した半導体装置における第1低誘電率領域、及び第2低誘電率領域と、多層配線部とのZ積層方向の位置関係を示した模式図である。8 is a schematic diagram showing a positional relationship in the Z stacking direction between a first low dielectric constant region, a second low dielectric constant region, and a multilayer wiring portion in the semiconductor device shown in FIG. 7; 図7で示した半導体装置における第1低誘電率領域、及び第2低誘電率領域と、多層配線部とのXY面内方向の位置関係を示した模式図である。8 is a schematic diagram showing a positional relationship in an XY plane between a first low dielectric constant region, a second low dielectric constant region, and a multilayer wiring portion in the semiconductor device shown in FIG. 7; 図12のXV-XV線における断面構成を示す縦断面図である。13 is a longitudinal sectional view showing a sectional configuration taken along line XV-XV in FIG. 12. 図12のXVIA-XVIB線における断面構成を示す縦断面図である。13 is a longitudinal sectional view showing a sectional configuration taken along line XVIA-XVIB in FIG. 12. 図12のXVIIB-XVIIC線における断面構成を示す縦断面図である。13 is a longitudinal cross-sectional view showing a cross-sectional configuration taken along line XVIIB-XVIIC in FIG. 12. 図12のXVIIIC-XVIIID線における断面構成を示す縦断面図である。13 is a longitudinal sectional view showing a sectional configuration taken along line XVIIIC-XVIIID in FIG. 12. 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 同実施形態に係る半導体装置を製造する一工程を示した縦断面図である。4 is a vertical cross-sectional view showing a process for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment; 本開示の第2の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示す縦断面図である。FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第3の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示す縦断面図である。FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present disclosure. 本開示の第4の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示す縦断面図である。FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present disclosure. 本開示の第5の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示す縦断面図である。FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present disclosure. 本開示の第6の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示す縦断面図である。FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present disclosure. 本開示の第7の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示す縦断面図である。FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present disclosure. 本開示の第1~第7の実施形態に係る半導体装置が適用される無線通信装置の構成の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a wireless communication device to which the semiconductor device according to the first to seventh embodiments of the present disclosure is applied;

以下、本開示における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明する実施形態は本開示の一具体例であって、本開示にかかる技術が以下の態様に限定されるものではない。また、本開示の各図に示す各構成要素の配置、寸法、及び寸法比等についても、各図に示すものに限定されるものではない。 Below, an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The embodiment described below is a specific example of the present disclosure, and the technology of the present disclosure is not limited to the following aspects. Furthermore, the arrangement, dimensions, and dimensional ratios of each component shown in each figure of the present disclosure are not limited to those shown in each figure.

なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態
1.1.高周波スイッチの構成
1.2.半導体装置の構成
1.3.半導体装置の製造方法
2.第2の実施形態
3.第3の実施形態
4.第4の実施形態
5.第5の実施形態
6.第6の実施形態
7.第7の実施形態
8.適用例
The explanation will be given in the following order.
1. First embodiment 1.1. Configuration of high frequency switch 1.2. Configuration of semiconductor device 1.3. Manufacturing method of semiconductor device 2. Second embodiment 3. Third embodiment 4. Fourth embodiment 5. Fifth embodiment 6. Sixth embodiment 7. Seventh embodiment 8. Application example

<1.第1の実施形態>
(1.1.高周波スイッチの構成)
まず、図1~図5を参照して、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置を含む高周波スイッチの構成について説明する。図1は、入出力ポート数が1対10である高周波スイッチの構成を示した模式図であり、図2は、入出力ポート数が1対1である高周波スイッチの構成を示した模式図である。
1. First embodiment
(1.1. Configuration of High Frequency Switch)
First, the configuration of a high-frequency switch including a semiconductor device according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figures 1 to 5. Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a high-frequency switch having a 1:10 ratio of input/output ports, and Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of a high-frequency switch having a 1:1 ratio of input/output ports.

高周波スイッチは、主として無線周波数(Radio Frequency:RF)帯域の信号処理に用いられる電子部品である。高周波スイッチは、例えば、携帯電話等の携帯情報端末のフロントエンド等に用いられる。高周波スイッチは、入出力のポート数によって、SPST(Single Pole Single Throw:単極単投)、SPDT(Single Pole Double Throw:単極双投)、SP3T、・・・SPNT(Nは実数)などの様々な構成を取ることができる。 A radio frequency switch is an electronic component used primarily for signal processing in the radio frequency (RF) band. Radio frequency switches are used, for example, in the front ends of mobile information terminals such as mobile phones. Depending on the number of input and output ports, radio frequency switches can have a variety of configurations, such as SPST (Single Pole Single Throw), SPDT (Single Pole Double Throw), SP3T, ... SPNT (N is a real number).

例えば、図1に示す高周波スイッチ1は、SP10Tスイッチの一例である。SP10Tスイッチである高周波スイッチ1は、例えば、アンテナANTに接続された1つの極と、10個の接点とを備え、10個の接点の内から接続する接点を制御することができる。また、図2に示す高周波スイッチ1Aは、SPSTスイッチの一例である。SPSTスイッチである高周波スイッチ1Aは、例えば、アンテナANTに接続された1つの極と、1個の接点とを備え、1個の接点のオン又はオフを制御することができる。For example, the high frequency switch 1 shown in FIG. 1 is an example of an SP10T switch. The high frequency switch 1, which is an SP10T switch, has, for example, one pole connected to an antenna ANT and ten contacts, and can control which of the ten contacts is to be connected. Also, the high frequency switch 1A shown in FIG. 2 is an example of an SPST switch. The high frequency switch 1A, which is an SPST switch, has, for example, one pole connected to an antenna ANT and one contact, and can control the on or off of the one contact.

なお、高周波スイッチは、図1及び図2で示した構成以外の構成を取ることも可能である。具体的には、高周波スイッチは、図2で示したSPSTスイッチの回路を組み合わせることで、多様な構成を取ることができる。 The high frequency switch can have a configuration other than that shown in Figures 1 and 2. Specifically, the high frequency switch can have a variety of configurations by combining the SPST switch circuits shown in Figure 2.

続いて、図2に示す高周波スイッチ1Aの等価回路を図3~図5に示す。図3は、図2に示す高周波スイッチ1Aの等価回路を示す回路図である。図4は、図2に示す高周波スイッチ1Aがオン状態の場合の等価回路を示す回路図であり、図5は、図2に示す高周波スイッチ1Aがオフ状態の場合の等価回路を示す回路図である。 Next, the equivalent circuit of the high frequency switch 1A shown in Fig. 2 is shown in Fig. 3 to Fig. 5. Fig. 3 is a circuit diagram showing the equivalent circuit of the high frequency switch 1A shown in Fig. 2. Fig. 4 is a circuit diagram showing the equivalent circuit when the high frequency switch 1A shown in Fig. 2 is in the on state, and Fig. 5 is a circuit diagram showing the equivalent circuit when the high frequency switch 1A shown in Fig. 2 is in the off state.

図3に示すように、SPSTである高周波スイッチ1Aは、例えば、アンテナANTに接続された第1ポートPort1と、出力側の第2ポートPort2と、第1スイッチング素子FET1と、第2スイッチング素子FET2とを備える。第1スイッチング素子FET1は、第1ポートPort1とグランドとの間に設けられており、第2スイッチング素子FET2は、第1ポートPort1と第2ポートPort2との間に設けられている。3, the high frequency switch 1A, which is an SPST, includes, for example, a first port Port1 connected to an antenna ANT, a second port Port2 on the output side, a first switching element FET1, and a second switching element FET2. The first switching element FET1 is provided between the first port Port1 and ground, and the second switching element FET2 is provided between the first port Port1 and the second port Port2.

このような高周波スイッチ1Aは、抵抗を介して、第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2のゲートにコントロール電圧Vc1、Vc2を印加することにより、スイッチのオン状態又はオフ状態を制御することができる。Such a high-frequency switch 1A can control the on/off state of the switch by applying control voltages Vc1 and Vc2 to the gates of the first switching element FET1 and the second switching element FET2 via a resistor.

高周波スイッチ1Aがオン状態の時には、図4に示すように、第2スイッチング素子FET2が導通状態となり、第1スイッチング素子FET1が非導通状態となる。また、高周波スイッチ1Aがオフ状態の時には、図5に示すように、第1スイッチング素子FET1が導通状態となり、第2スイッチング素子FET2が非導通状態となるWhen the high frequency switch 1A is in the on state, the second switching element FET2 is in a conductive state and the first switching element FET1 is in a non-conductive state, as shown in Fig. 4. When the high frequency switch 1A is in the off state, the first switching element FET1 is in a conductive state and the second switching element FET2 is in a non-conductive state, as shown in Fig. 5.

第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2は、導通状態では抵抗と等価となり、非導通状態ではキャパシタと等価となる。そのため、第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2には、導通状態ではオン抵抗と呼ばれる抵抗が発生し、非導通状態ではオフ容量と呼ばれる容量が発生する。The first switching element FET1 and the second switching element FET2 are equivalent to a resistor in the conductive state and are equivalent to a capacitor in the non-conductive state. Therefore, the first switching element FET1 and the second switching element FET2 have a resistance called an on-resistance in the conductive state and a capacitance called an off-capacitance in the non-conductive state.

ここで、第1スイッチング素子FET1、及び第2スイッチング素子FET2のオン抵抗、及びオフ容量は、電界効果トランジスタにおける単位長あたりのRon[Ωmm]、及びCoff[fF/mm]と、電界効果トランジスタのゲート幅Wg1,Wg2[mm]とを用いて、それぞれRon/Wg1、Ron/Wg2、Coff*Wg1、Coff*Wg2と表すことができる。すなわち、電界効果トランジスタにおいて、オン抵抗はゲート幅Wg1,Wg2に反比例し、オフ容量はゲート幅Wg1,Wg2に比例する。 Here, the on-resistance and off-capacitance of the first switching element FET1 and the second switching element FET2 can be expressed as Ron/ Wg1 , Ron/Wg2, Coff*Wg1, and Coff* Wg2 , respectively, using Ron [Ωmm] and Coff [fF/mm] per unit length of the field effect transistor and gate widths Wg1 and Wg2 [mm] of the field effect transistor. That is, in the field effect transistor, the on-resistance is inversely proportional to the gate widths Wg1 and Wg2 , and the off-capacitance is proportional to the gate widths Wg1 and Wg2 .

したがって、電界効果トランジスタにおいて、オン抵抗による損失を低減するためにゲート幅Wgを大きくした場合、オフ容量による損失が大きくなってしまう。また、電界効果トランジスタのオン抵抗は信号の周波数に依存しないが、オフ容量は信号の周波数が高くなると増大する。そのため、高周波信号を扱う高周波スイッチでは、オフ容量による損失がさらに大きくなってしまう。Therefore, if the gate width Wg of a field effect transistor is increased to reduce losses due to on-resistance, losses due to off-capacitance will increase. Also, while the on-resistance of a field effect transistor does not depend on the signal frequency, the off-capacitance increases as the signal frequency increases. Therefore, in high-frequency switches that handle high-frequency signals, losses due to off-capacitance will be even greater.

そのため、高周波スイッチに用いられる電界効果トランジスタを低損失化するためには、単位長あたりのRon、及びCoffを共に小さくすること、すなわち、Ron*Coff(積)を小さくすることが重要となる。Therefore, in order to reduce loss in field effect transistors used in high frequency switches, it is important to reduce both Ron and Coff per unit length, i.e., to reduce the product Ron * Coff.

本開示に係る技術は、上記事情を鑑みてなされたものである。本開示に係る技術は、電界効果トランジスタ等の半導体装置の寄生容量を低減することで、電界効果トランジスタにおけるオン抵抗、及びオフ容量を低減するものである。本開示に係る技術は、高周波信号を扱う電子機器に備えられる高周波スイッチなどに好適に用いられ得る。The technology disclosed herein has been made in consideration of the above circumstances. The technology disclosed herein reduces the on-resistance and off-capacitance of a field-effect transistor or other semiconductor device by reducing the parasitic capacitance of the semiconductor device. The technology disclosed herein can be suitably used in high-frequency switches provided in electronic devices that handle high-frequency signals.

(1.2.半導体装置の構成)
次に、図6及び図7を参照して、本開示の第1の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図6は、本実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す平面図である。
(1.2. Configuration of Semiconductor Device)
Next, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 6 and Fig. 7. Fig. 6 is a plan view showing the overall configuration of the semiconductor device according to the present embodiment.

図6に示すように、本実施形態に係る半導体装置10は、例えば、図示しない半導体層の上に設けられたゲート電極20と、ソース電極30Sと、ドレイン電極30Dとを備える。なお、図6では、ゲート電極20に斜線を付した。As shown in Fig. 6, the semiconductor device 10 according to this embodiment includes, for example, a gate electrode 20, a source electrode 30S, and a drain electrode 30D provided on a semiconductor layer (not shown). Note that the gate electrode 20 is shaded in Fig. 6.

半導体装置10は、例えば、図3で示した高周波スイッチ1Aが備える第1スイッチング素子FET1、又は第2スイッチング素子FET2を構成する高周波デバイス用の電界効果トランジスタである。The semiconductor device 10 is, for example, a field effect transistor for a high-frequency device constituting the first switching element FET1 or the second switching element FET2 of the high-frequency switch 1A shown in Figure 3.

ゲート電極20は、一方向に延伸された複数のフィンガー部21と、複数のフィンガー部21を互いに連結する連結部22とを有するマルチフィンガー構造で設けられる。高周波スイッチに用いられる電界効果トランジスタのゲート幅Wgは、低損失化を図るために、ロジック回路などに用いられる電界効果トランジスタと比較して大きく、例えば、数百μm~数mmである。また、フィンガー部21の長さ(フィンガー長)L21は、例えば、数十μmである。なお、連結部22は、図示しないゲートコンタクトに接続される。The gate electrode 20 has a multi-finger structure having multiple finger portions 21 extending in one direction and connecting portions 22 connecting the multiple finger portions 21 to each other. The gate width Wg of the field effect transistor used in the high frequency switch is larger than that of the field effect transistor used in the logic circuit, for example, hundreds of μm to several mm, in order to reduce loss. The length (finger length) L21 of the finger portion 21 is, for example, several tens of μm. The connecting portions 22 are connected to a gate contact (not shown).

以下の説明では、ゲート電極20のフィンガー部21が延伸する方向をY方向とする。また、Y方向と直交し、連結部22が延伸する方向をX方向とする。さらに、X方向、及びY方向の両方と直交する方向(すなわち、図示しない半導体層の面に垂直な方向)をZ方向とする。In the following description, the direction in which the finger portion 21 of the gate electrode 20 extends is referred to as the Y direction. The direction perpendicular to the Y direction and in which the connecting portion 22 extends is referred to as the X direction. Furthermore, the direction perpendicular to both the X direction and the Y direction (i.e., the direction perpendicular to the surface of the semiconductor layer, not shown) is referred to as the Z direction.

ソース電極30Sは、ゲート電極20と同様に、一方向(例えば、Y方向)に延伸されたフィンガー部31Sと、複数のフィンガー部31Sを連結し、図示しないソースコンタクトに接続される連結部32Sとを有する。Similar to the gate electrode 20, the source electrode 30S has finger portions 31S extending in one direction (e.g., the Y direction) and a connecting portion 32S that connects multiple finger portions 31S and is connected to a source contact (not shown).

ドレイン電極30Dは、ゲート電極20と同様に、一方向(例えば、Y方向)に延伸されたフィンガー部31Dと、複数のフィンガー部31Dを連結し、図示しないドレインコンタクトに接続される連結部32Dとを有する。Similar to the gate electrode 20, the drain electrode 30D has a finger portion 31D extending in one direction (e.g., the Y direction) and a connecting portion 32D that connects multiple finger portions 31D and is connected to a drain contact (not shown).

ゲート電極20のフィンガー部21、ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、導電型不純物が導入されることで活性化されたアクティブ領域AAの内側に配置される。具体的には、ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、ゲート電極20のフィンガー部21の各々の間に交互に配置される。一方、ゲート電極20の連結部22、ソース電極30Sの連結部32S、及びドレイン電極30Dの連結部32Dは、アクティブ領域AAの外側に設けられた素子分離領域(図示せず)に配置される。The finger portion 21 of the gate electrode 20, the finger portion 31S of the source electrode 30S, and the finger portion 31D of the drain electrode 30D are arranged inside an active area AA that is activated by introducing conductive impurities. Specifically, the finger portion 31S of the source electrode 30S and the finger portion 31D of the drain electrode 30D are arranged alternately between each of the finger portions 21 of the gate electrode 20. On the other hand, the connecting portion 22 of the gate electrode 20, the connecting portion 32S of the source electrode 30S, and the connecting portion 32D of the drain electrode 30D are arranged in an element isolation region (not shown) provided outside the active area AA.

続いて、図7を参照して、本実施形態に係る半導体装置10の断面構成について説明する。図7は、図6のVII-VII線における断面構成を示す縦断面図である。図7では、ゲート電極20のフィンガー部21の1つと、フィンガー部21の両側に配置されたソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dとを含む断面構成を示している。Next, the cross-sectional configuration of the semiconductor device 10 according to this embodiment will be described with reference to Figure 7. Figure 7 is a longitudinal cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Figure 6. Figure 7 shows a cross-sectional configuration including one of the finger portions 21 of the gate electrode 20, finger portions 31S of the source electrode 30S arranged on both sides of the finger portion 21, and finger portions 31D of the drain electrode 30D.

図7に示すように、半導体装置10は、例えば、上述したゲート電極20と、半導体層50と、コンタクトプラグ60S,60Dと、上述したソース電極30S、及びドレイン電極30Dを含む第1メタルM1と、第1低誘電率領域70と、第2低誘電率領域71とを備える。As shown in FIG. 7, the semiconductor device 10 includes, for example, the above-mentioned gate electrode 20, a semiconductor layer 50, contact plugs 60S, 60D, a first metal M1 including the above-mentioned source electrode 30S and drain electrode 30D, a first low dielectric constant region 70, and a second low dielectric constant region 71.

ゲート電極20は、半導体層50の上に、ゲート絶縁膜23を介して設けられる。ゲート電極20は、例えば、100nm~200nmの厚さのポリシリコンにて構成され得る。ゲート絶縁膜23は、例えば、5nm~15nmの厚さの酸化シリコン(SiOx)にて構成され得る。 The gate electrode 20 is provided on the semiconductor layer 50 via a gate insulating film 23. The gate electrode 20 may be made of polysilicon having a thickness of 100 nm to 200 nm, for example. The gate insulating film 23 may be made of silicon oxide (SiO x ) having a thickness of 5 nm to 15 nm, for example.

半導体層50は、例えば、シリコン(Si)等の半導体にて構成され得る。半導体層50には、ゲート電極20を挟んで両側に、第1導電型(n+)シリコンにて構成されるソース領域50S、及びドレイン領域50Dが設けられる。また、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dの表面側には、コンタクトプラグ60S,60Dとの接続のために、より高濃度の第1導電型(n++)シリコン、又はシリサイドにて構成される低抵抗領域51S,51Dが設けられる。さらに、ソース領域50Sとゲート電極20との間、及びドレイン領域50Dとゲート電極20との間には、低濃度の第1導電型(n-)シリコンにて構成されるエクステンション領域52S,52Dが設けられる。The semiconductor layer 50 may be made of a semiconductor such as silicon (Si). The semiconductor layer 50 has a source region 50S and a drain region 50D made of first conductivity type (n+) silicon on both sides of the gate electrode 20. Low-resistance regions 51S and 51D made of higher-concentration first conductivity type (n++) silicon or silicide are provided on the surface side of the source region 50S and the drain region 50D for connection with the contact plugs 60S and 60D. Furthermore, extension regions 52S and 52D made of low-concentration first conductivity type (n-) silicon are provided between the source region 50S and the gate electrode 20, and between the drain region 50D and the gate electrode 20.

ここで、半導体層50は、例えば、埋め込み酸化膜54を介して、支持基板53の上に設けられる。支持基板53は、例えば、高抵抗シリコン(Si)基板にて構成され、埋め込み酸化膜54は、例えば、酸化シリコン(SiOx)にて構成され得る。すなわち、支持基板53、埋め込み酸化膜54、及び半導体層50は、いわゆるSOI(Silicon On Insulator)基板55を構成することができる。 Here, the semiconductor layer 50 is provided on a support substrate 53 via, for example, a buried oxide film 54. The support substrate 53 may be made of, for example, a high-resistance silicon (Si) substrate, and the buried oxide film 54 may be made of, for example, silicon oxide (SiO x ). That is, the support substrate 53, the buried oxide film 54, and the semiconductor layer 50 may form a so-called SOI (Silicon On Insulator) substrate 55.

上記では、SOI基板55の支持基板53が高抵抗シリコン基板である場合について説明したが、本開示に係る技術は上記例示に限定されない。支持基板53は、サファイア基板であってもよい。このような場合、SOI基板55は、いわゆるSOS(Silicon On Sapphire)基板を構成することができる。サファイア基板は絶縁性を有するので、SOS基板上に形成された電界効果トランジスタは、GaAsなどの化合物系の電界効果トランジスタにより近い特性を示すことになる。また、本開示に係る技術は、支持基板53がSOI基板、又はSOS基板である場合に限られず、支持基板53がバルクのシリコン基板である場合にも同様に適用可能である。In the above, the case where the support substrate 53 of the SOI substrate 55 is a high-resistance silicon substrate has been described, but the technology according to the present disclosure is not limited to the above example. The support substrate 53 may be a sapphire substrate. In such a case, the SOI substrate 55 can constitute a so-called SOS (Silicon On Sapphire) substrate. Since the sapphire substrate has insulating properties, the field effect transistor formed on the SOS substrate exhibits characteristics closer to those of a compound-based field effect transistor such as GaAs. In addition, the technology according to the present disclosure is not limited to the case where the support substrate 53 is an SOI substrate or an SOS substrate, but can also be applied to the case where the support substrate 53 is a bulk silicon substrate.

コンタクトプラグ60S,60Dは、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dの表面の低抵抗領域51S,51Dの上に設けられる。コンタクトプラグ60S,60Dは、例えば、半導体層50側から、チタン(Ti)層、窒化チタン(TiN)層、及びタングステン(W)層を順に積層することで構成され得る。なお、チタン層は、コンタクトプラグ60S,60Dと、下層の低抵抗領域51S,51Dと間の接触抵抗を低減するために設けられる。また、窒化チタン層は、半導体層50からタングステン層へのシリコン等の拡散を抑制するバリアメタルとして設けられる。The contact plugs 60S, 60D are provided on the low resistance regions 51S, 51D on the surfaces of the source region 50S and the drain region 50D. The contact plugs 60S, 60D can be formed, for example, by stacking a titanium (Ti) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a tungsten (W) layer in this order from the semiconductor layer 50 side. The titanium layer is provided to reduce the contact resistance between the contact plugs 60S, 60D and the underlying low resistance regions 51S, 51D. The titanium nitride layer is provided as a barrier metal that suppresses the diffusion of silicon, etc. from the semiconductor layer 50 to the tungsten layer.

第1メタルM1は、例えば、コンタクトプラグ60Sの上に設けられたソース電極30Sと、コンタクトプラグ60Dの上に設けられたドレイン電極30Dとを含む。第1メタルM1は、例えば、500nm~1000nmの厚さのアルミニウム(Al)にて構成され得る。The first metal M1 includes, for example, a source electrode 30S provided on the contact plug 60S and a drain electrode 30D provided on the contact plug 60D. The first metal M1 may be composed of aluminum (Al) having a thickness of, for example, 500 nm to 1000 nm.

第1低誘電率領域70は、例えば、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の各々の間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1メタルM1の下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられる。具体的には、第1低誘電率領域70は、半導体層50のXY面内方向においてソース電極30S、及びドレイン電極30Dの間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1メタルM1の下面よりも下方であり、ゲート電極20の上方の領域に設けられる。The first low dielectric constant region 70 is provided, for example, in at least one region between the first metals M1 in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50 and below the lower surface of the first metal M1 in the Z stacking direction of the semiconductor layer 50. Specifically, the first low dielectric constant region 70 is provided in a region above the gate electrode 20, between the source electrode 30S and the drain electrode 30D in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50 and below the lower surface of the first metal M1 in the Z stacking direction of the semiconductor layer 50.

また、第1低誘電率領域70は、Z積層方向において、上述した領域よりもさらに上方の領域まで連続して設けられてもよい。具体的には、第1低誘電率領域70は、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の各々の間、かつZ積層方向において第1メタルM1の下面と上面との間の領域にさらに設けられてもよい。また、1低誘電率領域70は、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の各々の間、かつZ積層方向において第1メタルM1の上面よりも上方の領域にさらに設けられてもよい。 The first low dielectric constant region 70 may be provided continuously in the Z stacking direction up to a region further above the above-mentioned region. Specifically, the first low dielectric constant region 70 may be provided in a region between each of the first metals M1 in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50 and between the lower surface and the upper surface of the first metal M1 in the Z stacking direction. The first low dielectric constant region 70 may be provided in a region between each of the first metals M1 in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50 and above the upper surface of the first metal M1 in the Z stacking direction.

第2低誘電率領域71は、半導体層50のXY面内方向においてコンタクトプラグ60S,60Dの各々と、ゲート電極20との間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1低誘電率領域70よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられる。具体的には、第2低誘電率領域71は、半導体層50のXY面内方向においてゲート電極20の両側面の側方に設けられる。なお、第2低誘電率領域71は、第1低誘電率領域70と連続して設けられてもよく、第1低誘電率領域70と離隔して設けられてもよい。The second low dielectric constant region 71 is provided in at least one region between each of the contact plugs 60S, 60D and the gate electrode 20 in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50, and below the first low dielectric constant region 70 in the Z stacking direction of the semiconductor layer 50. Specifically, the second low dielectric constant region 71 is provided laterally on both side surfaces of the gate electrode 20 in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50. The second low dielectric constant region 71 may be provided continuously with the first low dielectric constant region 70, or may be provided separately from the first low dielectric constant region 70.

第2低誘電率領域71の少なくとも一部は、半導体層50を積層方向Zから平面視した際に、第1低誘電率領域70が設けられた領域と異なる領域に設けられる。具体的には、第2低誘電率領域71の少なくとも一部は、半導体層50のXY面内方向において、第1低誘電率領域70が設けられた領域の外周の領域に設けられる。これによれば、半導体装置10は、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71をより複雑な形状にて構成することができる。At least a portion of the second low dielectric constant region 71 is provided in a region different from the region in which the first low dielectric constant region 70 is provided when the semiconductor layer 50 is viewed in a plane from the stacking direction Z. Specifically, at least a portion of the second low dielectric constant region 71 is provided in a region on the periphery of the region in which the first low dielectric constant region 70 is provided in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50. This allows the semiconductor device 10 to be configured with the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 having a more complex shape.

ここで、図8を参照して、電界効果トランジスタのオフ容量について説明する。図8は、一般的な電界効果トランジスタ11のオフ容量を要素ごとに分けて模式的に示した縦断面図である。図8では、図7にて示す半導体装置10の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。Here, the off capacitance of a field effect transistor will be described with reference to Figure 8. Figure 8 is a vertical cross-sectional view showing the off capacitance of a typical field effect transistor 11, broken down into individual elements. In Figure 8, components corresponding to those of the semiconductor device 10 shown in Figure 7 are given the same reference numerals.

図8に示すように、一般的な構造の電界効果トランジスタ11のオフ容量には、ソース領域50S、及びドレイン領域50D、並びにSOI基板55等に生じる内部(intrinsic)成分Cinと、ゲート電極20、コンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1等に生じる外部(extrinsic)成分Cexとが含まれる。As shown in FIG. 8, the off-capacitance of a field-effect transistor 11 having a typical structure includes an intrinsic component Cin that occurs in the source region 50S, the drain region 50D, and the SOI substrate 55, etc., and an extrinsic component Cex that occurs in the gate electrode 20, the contact plugs 60S, 60D, the first metal M1, etc.

例えば、内部成分Cinは、ソース領域50S又はドレイン領域50Dと支持基板53との間に生じる容量Cssub,Cdsub、ソース領域50S又はドレイン領域50Dとゲート電極20との間に生じる容量Csg,Cdg、ソース領域50Sとドレイン領域50Dとの間に生じる容量Cds、及びソース領域50S又はドレイン領域50Dと半導体層50の下部(ボディ)との間に生じる容量Csb,Cdbなどである。For example, the internal component Cin includes capacitances Cssub, Cdsub occurring between the source region 50S or drain region 50D and the supporting substrate 53, capacitances Csg, Cdg occurring between the source region 50S or drain region 50D and the gate electrode 20, capacitance Cds occurring between the source region 50S and the drain region 50D, and capacitances Csb, Cdb occurring between the source region 50S or drain region 50D and the lower part (body) of the semiconductor layer 50.

例えば、外部成分Cexは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などである。For example, the external component Cex may be a capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D or the first metal M1, and a capacitance CMM1 generated between the first metal M1.

これらのオフ容量を低減するためには、特に、外部成分Cexを低減することが有効である。本実施形態に係る半導体装置10は、上述した領域に、周囲の領域よりも比誘電率が低い第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71を設けることにより、ゲート電極20、コンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1の間に生じるオフ容量の外部成分Cexを低減することができる。したがって、半導体装置10は、より効果的に外部成分Cexを低減することで、オン抵抗とオフ容量との積(Ron*Coff)を低減することができる。これによれば、高周波スイッチに適用された半導体装置10は、高周波スイッチをさらに低損失化することが可能である。In order to reduce these off capacitances, it is particularly effective to reduce the external component Cex. The semiconductor device 10 according to the present embodiment can reduce the external component Cex of the off capacitance generated between the gate electrode 20, the contact plugs 60S, 60D, and the first metal M1 by providing the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71, which have a lower relative dielectric constant than the surrounding regions, in the above-mentioned region. Therefore, the semiconductor device 10 can reduce the product of the on resistance and the off capacitance (Ron*Coff) by more effectively reducing the external component Cex. As a result, the semiconductor device 10 applied to a high-frequency switch can further reduce the loss of the high-frequency switch.

ここで、図7に示す半導体装置10と、図9に示す比較例に係る半導体装置12とについて、オフ容量の外部成分Cexの大きさをシミュレーションした結果を図10に示す。Here, Figure 10 shows the results of simulating the magnitude of the external component Cex of off-capacitance for the semiconductor device 10 shown in Figure 7 and the semiconductor device 12 of the comparative example shown in Figure 9.

図9は、比較例に係る半導体装置12の断面構成を示す縦断面図である。図9に示すように、比較例に係る半導体装置12は、本実施形態に係る半導体装置10と比較して、半導体層50のXY面内方向においてコンタクトプラグ60S,60Dの各々と、ゲート電極20との間、かつ半導体層50のZ積層方向において第1低誘電率領域70よりも下方に第2低誘電率領域が設けられていない点が異なる。すなわち、比較例に係る半導体装置12は、本実施形態に係る半導体装置10と比較して、同様の第1低誘電率領域70が設けられているものの、半導体層50のXY面内方向においてゲート電極20の両側方に第2低誘電率領域71が設けられていない点が異なる。9 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of the semiconductor device 12 according to the comparative example. As shown in FIG. 9, the semiconductor device 12 according to the comparative example is different from the semiconductor device 10 according to the present embodiment in that the second low dielectric constant region is not provided between each of the contact plugs 60S, 60D and the gate electrode 20 in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50 and below the first low dielectric constant region 70 in the Z stacking direction of the semiconductor layer 50. That is, the semiconductor device 12 according to the comparative example is different from the semiconductor device 10 according to the present embodiment in that the same first low dielectric constant region 70 is provided, but the second low dielectric constant region 71 is not provided on both sides of the gate electrode 20 in the XY in-plane direction of the semiconductor layer 50.

図10では、本実施形態に係る半導体装置10における外部成分Cexのシミュレーション結果を実施例として示し、比較例に係る半導体装置12における外部成分Cexのシミュレーション結果を比較例として示す。図10にて示されるように、実施例における外部成分Cexの大きさは、比較例における外部成分Cexの大きさに対して、低減していることがわかる。したがって、本実施形態に係る半導体装置10は、第2低誘電率領域71をさらに設けることで、オフ容量をさらに低減することができることがわかる。 Figure 10 shows the simulation results of the external component Cex in the semiconductor device 10 according to this embodiment as an example, and shows the simulation results of the external component Cex in the semiconductor device 12 according to the comparative example as a comparative example. As shown in Figure 10, it can be seen that the magnitude of the external component Cex in the example is reduced relative to the magnitude of the external component Cex in the comparative example. Therefore, it can be seen that the semiconductor device 10 according to this embodiment can further reduce the off-capacitance by further providing the second low dielectric constant region 71.

ここで、図7に戻って、本実施形態に係る半導体装置10の構成についての説明を再開する。 Now, returning to Figure 7, we resume explaining the configuration of the semiconductor device 10 of this embodiment.

図7に示す半導体装置10は、半導体層50の上に、ゲート電極20を覆うように設けられた少なくとも1層以上の絶縁膜80と、少なくとも1層以上の絶縁膜80の上面からゲート電極20の上面に向けて設けられた開口Pとをさらに備える。The semiconductor device 10 shown in FIG. 7 further includes at least one insulating film 80 provided on the semiconductor layer 50 so as to cover the gate electrode 20, and an opening P provided from the upper surface of the at least one insulating film 80 toward the upper surface of the gate electrode 20.

開口Pは、積層方向Zから、少なくとも1層以上の絶縁膜80を平面視した場合に、ゲート電極20に対応する平面領域に設けられる。開口Pは、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dの間に設けられるため、開口Pの開口幅WPは、例えば、100nm~1000nm程度となる。The opening P is provided in a planar region corresponding to the gate electrode 20 when at least one insulating film 80 is viewed in a plan view from the stacking direction Z. Since the opening P is provided between the source electrode 30S and the drain electrode 30D, the opening width WP of the opening P is, for example, about 100 nm to 1000 nm.

第1低誘電率領域70は、このような開口Pの内部に設けられることが好ましい。また、第2低誘電率領域71は、開口Pと空間的に連続して設けられ、開口Pの内部に設けられた第1低誘電率領域70と空間的に連続して設けられることが好ましい。第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、X方向又はY方向のいずれかの方向において、領域の中心が一致するように設けられてもよく、互いに独立した領域に設けられてもよい。The first low dielectric constant region 70 is preferably provided inside such an opening P. The second low dielectric constant region 71 is preferably provided in spatial continuity with the opening P, and is preferably provided in spatial continuity with the first low dielectric constant region 70 provided inside the opening P. The first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 may be provided so that the centers of the regions coincide in either the X direction or the Y direction, or may be provided in regions independent of each other.

少なくとも1層以上の絶縁膜80は、エッチングレートの異なる材料でそれぞれ形成された絶縁膜を複数含んで構成されることが好ましい。これによれば、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、各々の絶縁膜のエッチングレートの差を用いることで、後述する製造工程にて開口Pのエッチング停止位置を高精度に制御することが可能となる。It is preferable that the at least one insulating film 80 is composed of a plurality of insulating films each formed of a material having a different etching rate. In this way, the at least one insulating film 80 can control the etching stop position of the opening P with high precision in the manufacturing process described later by using the difference in etching rate of each insulating film.

具体的には、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、第1絶縁膜81と、第2絶縁膜82と、第3絶縁膜83とを含んで構成され得る。Specifically, at least one insulating film 80 may be composed of a first insulating film 81, a second insulating film 82, and a third insulating film 83.

第1絶縁膜81は、ゲート電極20の表面(すなわち、ゲート電極20の上面、及び側面)と、半導体層50の上面とを覆うように設けられる。The first insulating film 81 is provided to cover the surface of the gate electrode 20 (i.e., the upper surface and side surfaces of the gate electrode 20) and the upper surface of the semiconductor layer 50.

第2絶縁膜82は、第1絶縁膜81の表面を覆うように設けられる。ただし、第2絶縁膜82は、ゲート電極20の表面(すなわち、ゲート電極20の上面、及び側面)に設けられた第1絶縁膜81の表面には設けられておらず、第1絶縁膜81を第2低誘電率領域71に対して露出させている。これは、後述する製造工程にて説明するように、半導体装置10では、第2絶縁膜82を除去することで、第1絶縁膜81と、第3絶縁膜83との間に第2低誘電率領域71を形成しているためである。The second insulating film 82 is provided so as to cover the surface of the first insulating film 81. However, the second insulating film 82 is not provided on the surface of the first insulating film 81 provided on the surface of the gate electrode 20 (i.e., the upper surface and side surface of the gate electrode 20), and the first insulating film 81 is exposed to the second low dielectric constant region 71. This is because, as will be explained in the manufacturing process described later, in the semiconductor device 10, the second insulating film 82 is removed to form the second low dielectric constant region 71 between the first insulating film 81 and the third insulating film 83.

第3絶縁膜83は、第2絶縁膜82の表面と第1メタルM1の下面との間に設けられる。第3絶縁膜83は、ゲート電極20を埋め込むように設けられ、第1絶縁膜81との間に第2低誘電率領域71を形成する。The third insulating film 83 is provided between the surface of the second insulating film 82 and the lower surface of the first metal M1. The third insulating film 83 is provided so as to embed the gate electrode 20, and forms a second low dielectric constant region 71 between the third insulating film 83 and the first insulating film 81.

ここで、第2絶縁膜82は、第1絶縁膜81、及び第3絶縁膜83を構成する材料とエッチングレートが異なる材料により構成されることが好ましい。例えば、第2絶縁膜82は、窒化シリコン(SiN)膜により構成され、第1絶縁膜81、及び第3絶縁膜83は、窒化シリコン(SiN)とはエッチングレートが異なる酸化シリコン(SiOx)膜により構成されることが好ましい。これによれば、半導体装置10では、第2絶縁膜82をエッチングストッパ層として機能させることで、第3絶縁膜83を貫通して第2絶縁膜82の上面に達する開口Pを容易に形成することができるようになる。また、開口Pを介して、等方的なエッチングを行い、第2絶縁膜82を選択的に除去することで、開口Pの下方に第2低誘電率領域71を容易に形成することができるようになる。 Here, the second insulating film 82 is preferably made of a material having an etching rate different from that of the material constituting the first insulating film 81 and the third insulating film 83. For example, the second insulating film 82 is preferably made of a silicon nitride (SiN) film, and the first insulating film 81 and the third insulating film 83 are preferably made of a silicon oxide (SiO x ) film having an etching rate different from that of silicon nitride (SiN). According to this, in the semiconductor device 10, the second insulating film 82 is made to function as an etching stopper layer, so that an opening P that penetrates the third insulating film 83 and reaches the upper surface of the second insulating film 82 can be easily formed. In addition, the second low dielectric constant region 71 can be easily formed below the opening P by selectively removing the second insulating film 82 by performing isotropic etching through the opening P.

また、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、第4絶縁膜84をさらに含んで構成されてもよい。具体的には、第4絶縁膜84は、第3絶縁膜83の上面、及び第1メタルM1の表面(すなわち、第1メタルM1の上面、及び側面)を覆うように設けられてもよい。このような場合、開口Pは、第4絶縁膜84の上面から、第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83を貫通して設けられることになる。第4絶縁膜84は、例えば、酸化シリコン(SiOx)膜により構成され得る。 Furthermore, the at least one insulating film 80 may further include a fourth insulating film 84. Specifically, the fourth insulating film 84 may be provided so as to cover the upper surface of the third insulating film 83 and the surface of the first metal M1 (i.e., the upper surface and side surfaces of the first metal M1). In such a case, the opening P is provided so as to penetrate from the upper surface of the fourth insulating film 84 through the fourth insulating film 84 and the third insulating film 83. The fourth insulating film 84 may be formed of, for example, a silicon oxide (SiO x ) film.

また、少なくとも1層以上の絶縁膜80は、第5絶縁膜85をさらに含んで構成されてもよい。具体的には、第5絶縁膜85は、第4絶縁膜84の上に設けられ、開口Pの上部を閉塞してもよい。第5絶縁膜85は、例えば、酸化シリコン(SiOx)膜により構成され得る。 Furthermore, the at least one insulating film 80 may further include a fifth insulating film 85. Specifically, the fifth insulating film 85 may be provided on the fourth insulating film 84 and close the upper part of the opening P. The fifth insulating film 85 may be composed of, for example, a silicon oxide (SiO x ) film.

さらに、第5絶縁膜85の上層には、必要に応じて、例えば酸化シリコン(SiOx)膜にて構成される第6絶縁膜86が設けられてもよい。 Furthermore, a sixth insulating film 86 made of, for example, a silicon oxide (SiO x ) film may be provided on the fifth insulating film 85 as necessary.

本実施形態に係る半導体装置10では、開口Pの内部の少なくとも一部に第1低誘電率領域70として空隙AG(Air Gap)を設けることができる。例えば、第1低誘電率領域70の空隙AGは、第1低誘電率領域70の下方に、同様に空隙AGとして形成された第2低誘電率領域71と空間的に連続して設けられてもよい。In the semiconductor device 10 according to this embodiment, an air gap AG (air gap) can be provided as the first low dielectric constant region 70 in at least a portion of the inside of the opening P. For example, the air gap AG of the first low dielectric constant region 70 may be provided below the first low dielectric constant region 70 in spatial continuity with a second low dielectric constant region 71 similarly formed as an air gap AG.

第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を構成する酸化シリコン(SiOx:比誘電率3.9)膜よりも低い比誘電率を有する領域であれば領域内部の構成については特に限定されない。例えば、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、空隙AG内部に空気(比誘電率1.0)を含んで構成されてもよく、空隙AG内部が真空となるように構成されてもよい。また、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、空隙AG内部の一部又は全部を低誘電率材料で埋め込まれて構成されてもよい。なお、低誘電率材料とは、例えば、比誘電率が3以下の誘電体材料を表す。 The first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 are not particularly limited in terms of their internal configurations, as long as they have a lower dielectric constant than the silicon oxide (SiO x : dielectric constant 3.9) film constituting the third insulating film 83 and the fourth insulating film 84. For example, the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 may be configured to include air (dielectric constant 1.0) in the gap AG, or may be configured so that the gap AG is a vacuum. The first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 may be configured by filling a part or the whole of the gap AG with a low dielectric constant material. The low dielectric constant material refers to, for example, a dielectric material having a dielectric constant of 3 or less.

第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71が空隙AGで構成される場合、空隙AGの上部が第5絶縁膜85により閉塞されることで、空隙AGは、第5絶縁膜85により気密封止される。なお、空隙AGを閉塞する際に、空隙AGの内部に第5絶縁膜85の一部が入り込むことがあり得る。このような場合、第5絶縁膜85は、開口Pの側面又は底面の一部を被覆することになる。 When the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 are formed by a gap AG, the upper part of the gap AG is closed by the fifth insulating film 85, so that the gap AG is hermetically sealed by the fifth insulating film 85. When the gap AG is closed, a part of the fifth insulating film 85 may get inside the gap AG. In such a case, the fifth insulating film 85 covers a part of the side or bottom surface of the opening P.

XY面内方向において、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71が形成される幅については特に限定されない。ただし、第1低誘電率領域70が形成される幅は、例えば、積層方向Zに切断した一断面において、ゲート電極20の表面に設けられた第1絶縁膜81の幅より小さくてもよい。具体的には、第1低誘電率領域70の幅W70は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81の幅W81より小さくともよい。In the XY in-plane direction, the width in which the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 are formed is not particularly limited. However, the width in which the first low dielectric constant region 70 is formed may be smaller than the width of the first insulating film 81 provided on the surface of the gate electrode 20, for example, in a cross section cut in the stacking direction Z. Specifically, the width W70 of the first low dielectric constant region 70 may be smaller than the width W81 of the first insulating film 81 covering the upper surface and side surfaces of the gate electrode 20.

ゲート電極20の上面、及び側面の第1絶縁膜81の表面に第2絶縁膜82が形成される場合、第1低誘電率領域70の幅W70は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81、及び第2絶縁膜82の幅よりも小さくともよい。また、ゲート電極20の上面、及び側面に第1絶縁膜81が形成されない場合、第1低誘電率領域70の幅W70は、ゲート電極20の幅よりも小さくともよい。When the second insulating film 82 is formed on the surface of the first insulating film 81 on the upper surface and side surface of the gate electrode 20, the width W70 of the first low dielectric constant region 70 may be smaller than the width of the first insulating film 81 and the second insulating film 82 covering the upper surface and side surface of the gate electrode 20. Also, when the first insulating film 81 is not formed on the upper surface and side surface of the gate electrode 20, the width W70 of the first low dielectric constant region 70 may be smaller than the width of the gate electrode 20.

また、第2低誘電率領域71が形成される幅は、積層方向Zに切断した一断面において、ゲート電極20の表面に設けられた第1絶縁膜81の幅よりも大きくともよい。具体的には、第2低誘電率領域71の幅W71は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81の幅W81より大きく、コンタクトプラグ60S,60Dの間の幅より小さくともよい。In addition, the width in which the second low dielectric constant region 71 is formed may be larger than the width of the first insulating film 81 provided on the surface of the gate electrode 20 in a cross section cut in the stacking direction Z. Specifically, the width W71 of the second low dielectric constant region 71 may be larger than the width W81 of the first insulating film 81 covering the upper surface and side surfaces of the gate electrode 20 and smaller than the width between the contact plugs 60S and 60D.

ゲート電極20の上面、及び側面の第1絶縁膜81の表面に第2絶縁膜82が形成される場合、第2低誘電率領域71の幅W71は、ゲート電極20の上面、及び側面を覆う第1絶縁膜81、及び第2絶縁膜82の幅よりも大きくともよい。また、ゲート電極20の上面、及び側面に第1絶縁膜81が形成されない場合、第2低誘電率領域71の幅W71は、ゲート電極20の幅よりも大きくともよい。When the second insulating film 82 is formed on the surface of the first insulating film 81 on the upper surface and side surface of the gate electrode 20, the width W71 of the second low dielectric constant region 71 may be larger than the width of the first insulating film 81 and the second insulating film 82 covering the upper surface and side surface of the gate electrode 20. Also, when the first insulating film 81 is not formed on the upper surface and side surface of the gate electrode 20, the width W71 of the second low dielectric constant region 71 may be larger than the width of the gate electrode 20.

さらに、図11及び図12を参照して、本実施形態に係る半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71と、多層配線部90との位置関係について説明する。多層配線部90には、半導体装置10の各電極から取り出した信号を伝達する配線が設けられる。11 and 12, the positional relationship between the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 in the semiconductor device 10 according to this embodiment and the multi-layer wiring section 90 will be described. The multi-layer wiring section 90 is provided with wiring that transmits signals extracted from each electrode of the semiconductor device 10.

図11は、図7で示した半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71と、多層配線部90とのZ積層方向の位置関係を示した模式図である。 Figure 11 is a schematic diagram showing the positional relationship in the Z stacking direction between the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 in the semiconductor device 10 shown in Figure 7 and the multilayer wiring section 90.

図11に示すように、多層配線部90は、例えば、第1配線層91と、第2配線層92とを含む。第1配線層91は、例えば、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dを含む第1メタルM1と同層に設けられる。第2配線層92は、第1配線層91の上方に設けられ、例えば、コンタクトプラグ93を介して、第1配線層91と接続される。11, the multi-layer wiring section 90 includes, for example, a first wiring layer 91 and a second wiring layer 92. The first wiring layer 91 is provided in the same layer as the first metal M1 including, for example, the source electrode 30S and the drain electrode 30D. The second wiring layer 92 is provided above the first wiring layer 91 and is connected to the first wiring layer 91 via, for example, a contact plug 93.

半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、半導体層50に導電型不純物を導入することで活性化されたアクティブ領域AAの素子領域AA1の内側に設けられる。一方、多層配線部90は、アクティブ領域AAの内側、かつ素子領域AA1の外側の配線領域AA2の内側に設けられる。素子領域AA1と、配線領域AA2とは、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)法にて形成された素子分離層100により分離される。The first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 in the semiconductor device 10 are provided inside the element region AA1 of the active region AA activated by introducing conductive impurities into the semiconductor layer 50. On the other hand, the multilayer wiring section 90 is provided inside the active region AA and inside the wiring region AA2 outside the element region AA1. The element region AA1 and the wiring region AA2 are separated by an element isolation layer 100 formed by, for example, a shallow trench isolation (STI) method.

なお、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、多層配線部90の第1配線層91の各々の間、及び第2配線層92の各々の間に設けられなくともよい。すなわち、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71は、アクティブ領域AAにおける素子領域AA1内の半導体装置10に少なくとも設けられる。In addition, the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 do not have to be provided between each of the first wiring layers 91 and each of the second wiring layers 92 of the multilayer wiring section 90. In other words, the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 are provided at least in the semiconductor device 10 within the element region AA1 in the active region AA.

図12は、図7で示した半導体装置10における第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71と、多層配線部90とのXY面内方向の位置関係を示した模式図である。 Figure 12 is a schematic diagram showing the positional relationship in the XY plane between the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 in the semiconductor device 10 shown in Figure 7 and the multilayer wiring section 90.

図12に示すように、アクティブ領域AAの内側には、半導体装置10、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71が設けられる。一方、アクティブ領域AAの外側の素子分離領域ABには、半導体層50に替えて、STI法にて形成された素子分離層100が全面に亘って設けられており、ゲートコンタクトGCが設けられる。12, inside the active area AA, the semiconductor device 10, the first low dielectric constant area 70, and the second low dielectric constant area 71 are provided. On the other hand, in the element isolation area AB outside the active area AA, instead of the semiconductor layer 50, an element isolation layer 100 formed by the STI method is provided over the entire surface, and a gate contact GC is provided.

より具体的には、アクティブ領域AAには、ゲート電極20のフィンガー部21と、ソース電極30Sのフィンガー部31Sと、ドレイン電極30Dのフィンガー部31Dとが設けられる。More specifically, the active area AA includes finger portions 21 of the gate electrode 20, finger portions 31S of the source electrode 30S, and finger portions 31D of the drain electrode 30D.

ゲート電極20のフィンガー部21は、一方向(例えば、Y方向)に延伸されて設けられる。ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ゲート電極20のフィンガー部21の両側に設けられる。The finger portion 21 of the gate electrode 20 is provided extending in one direction (for example, the Y direction). The finger portion 31S of the source electrode 30S and the finger portion 31D of the drain electrode 30D are provided on both sides of the finger portion 21 of the gate electrode 20, extending in a direction parallel to the extension direction of the finger portion 21 of the gate electrode 20.

コンタクトプラグ60S,60Dは、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dの下方に設けられる。The contact plugs 60S, 60D extend in a direction parallel to the extension direction of the finger portion 21 of the gate electrode 20 and are provided below the finger portion 31S of the source electrode 30S and the finger portion 31D of the drain electrode 30D.

第1低誘電率領域70は、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ゲート電極20のフィンガー部21の上に設けられる。また、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して、ゲート電極20のフィンガー部21の側方に設けられる。すなわち、半導体層50をZ積層方向から平面視した際に、第1低誘電率領域70は、XY面内方向においてゲート電極20のフィンガー部21と重畳する領域に設けられ、第2低誘電率領域71は、XY面内方向においてゲート電極20のフィンガー部21の両側の領域に設けられる。The first low dielectric constant region 70 extends in a direction parallel to the extension direction of the finger portion 21 of the gate electrode 20 and is provided on the finger portion 21 of the gate electrode 20. The second low dielectric constant region 71 extends in a direction parallel to the extension direction of the finger portion 21 of the gate electrode 20 and is provided on the side of the finger portion 21 of the gate electrode 20. That is, when the semiconductor layer 50 is viewed in a plan view from the Z stacking direction, the first low dielectric constant region 70 is provided in a region overlapping with the finger portion 21 of the gate electrode 20 in the XY in-plane direction, and the second low dielectric constant region 71 is provided in regions on both sides of the finger portion 21 of the gate electrode 20 in the XY in-plane direction.

素子分離領域ABには、ゲート電極20の連結部22と、ソース電極30Sの連結部32Sと、ドレイン電極30Dの連結部32Dとが設けられる。 In the element isolation region AB, a connection portion 22 of the gate electrode 20, a connection portion 32S of the source electrode 30S, and a connection portion 32D of the drain electrode 30D are provided.

ゲート電極20の連結部22は、ゲートコンタクトGCに接続される。また、ソース電極30Sの連結部32Sは、図示しないソースコンタクトに接続され、ドレイン電極30Dの連結部32Dは、図示しないドレインコンタクトに接続される。The connection portion 22 of the gate electrode 20 is connected to the gate contact GC. The connection portion 32S of the source electrode 30S is connected to a source contact (not shown), and the connection portion 32D of the drain electrode 30D is connected to a drain contact (not shown).

ここで、図13~図16を参照して、図12で示す各構成のZ積層方向における断面構成について説明する。図13は、図12のXV-XV線における断面構成を示す縦断面図である。図14は、図12のXVIA-XVIB線における断面構成を示す縦断面図であり、図15は、図12のXVIIB-XVIIC線における断面構成を示す縦断面図であり、図16は、図12のXVIIIC-XVIIID線における断面構成を示す縦断面図である。 Now, with reference to Figures 13 to 16, the cross-sectional configurations in the Z stacking direction of each configuration shown in Figure 12 will be described. Figure 13 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XV-XV in Figure 12. Figure 14 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XVIA-XVIB in Figure 12, Figure 15 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XVIIB-XVIIC in Figure 12, and Figure 16 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration taken along line XVIIIC-XVIID in Figure 12.

図12に示すように、ゲートコンタクトGCは、STI法によって形成された素子分離層100の上に、ゲート電極20の連結部22と、ゲートコンタクトプラグ24と、ゲートコンタクト層25とを順に設けることで構成され得る。ゲートコンタクトプラグ24は、コンタクトプラグ60S,60Dと同様の構成を備え、コンタクトプラグ60S,60Dと同層に設けられる。ゲートコンタクト層25は、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dと同様の構成を備え、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dを含む第1メタルM1と同層に設けられる。12, the gate contact GC can be formed by sequentially providing a connection portion 22 of the gate electrode 20, a gate contact plug 24, and a gate contact layer 25 on an element isolation layer 100 formed by the STI method. The gate contact plug 24 has a similar configuration to the contact plugs 60S, 60D, and is provided in the same layer as the contact plugs 60S, 60D. The gate contact layer 25 has a similar configuration to the source electrode 30S and the drain electrode 30D, and is provided in the same layer as the first metal M1 including the source electrode 30S and the drain electrode 30D.

図12~図16に示すように、第1低誘電率領域70は、ゲートコンタクトGCを避けて設けられることが好ましい。これは、第1低誘電率領域70がゲートコンタクトGCの連結部22の上に設けられる場合、連結部22の上にゲートコンタクトプラグ24を設けることが困難となるためである。また、ゲートコンタクトGCの連結部22の上に第1低誘電率領域70が設けられない場合、同様に、第2低誘電率領域71も設けられない。また、ゲートコンタクトGCは、ゲート電極20と同様に、少なくとも1層以上の絶縁膜80(すなわち、第1絶縁膜81~第6絶縁膜86)により覆われていることが好ましい。これによれば、ゲートコンタクトGCを露出させずに、少なくとも1層以上の絶縁膜80によってゲートコンタクトGCを保護することができるため、ゲートコンタクトGCの信頼性を維持することが可能となる。As shown in FIGS. 12 to 16, the first low dielectric constant region 70 is preferably provided so as to avoid the gate contact GC. This is because, if the first low dielectric constant region 70 is provided on the connection portion 22 of the gate contact GC, it is difficult to provide the gate contact plug 24 on the connection portion 22. If the first low dielectric constant region 70 is not provided on the connection portion 22 of the gate contact GC, the second low dielectric constant region 71 is also not provided. Similarly, the gate contact GC is preferably covered with at least one or more layers of insulating film 80 (i.e., the first insulating film 81 to the sixth insulating film 86) like the gate electrode 20. This makes it possible to protect the gate contact GC with at least one or more layers of insulating film 80 without exposing the gate contact GC, thereby maintaining the reliability of the gate contact GC.

(1.3.半導体装置の製造方法)
続いて、図17~図29を参照して、本実施形態に係る半導体装置10の製造方法について説明する。図17~図29は、半導体装置10を製造する各工程を示した縦断面図である。
(1.3. Manufacturing method of semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 10 according to this embodiment will be described with reference to Figures 17 to 29. Figures 17 to 29 are vertical cross-sectional views showing each process for manufacturing the semiconductor device 10.

まず、図17に示すように、支持基板53の上に埋め込み酸化膜54、及び半導体層50を積層したSOI基板55を用意する。次に、STI法を用いて、SOI基板55の半導体層50に素子分離層100を形成することで、アクティブ領域AA内に素子領域AA1を画定する。17, an SOI substrate 55 is prepared by stacking a buried oxide film 54 and a semiconductor layer 50 on a support substrate 53. Next, an element isolation layer 100 is formed in the semiconductor layer 50 of the SOI substrate 55 by using the STI method, thereby defining an element area AA1 in the active area AA.

次に、図18に示すように、ゲート絶縁膜23を介して、半導体層50の上にゲート電極20を形成する。Next, as shown in FIG. 18, a gate electrode 20 is formed on the semiconductor layer 50 via a gate insulating film 23.

具体的には、例えば、熱酸化法を用いて、酸化シリコン膜からなるインプラスルー膜を形成した後、第2導電型不純物(例えば、ホウ素(B)、又はアルミニウム(Al)等のp型不純物)のウェルインプランテーション、及びチャネルインプランテーションをアクティブ領域AAに行ったのち、インプラスルー膜を除去する。その後、熱酸化法を用いて、例えば、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜23を5nm~15nm程度の厚さで形成する。 Specifically, for example, a thermal oxidation method is used to form an in-through film made of silicon oxide, and then well implantation of a second conductivity type impurity (for example, a p-type impurity such as boron (B) or aluminum (Al)) and channel implantation are performed in the active area AA, and the in-through film is then removed. Then, for example, a gate insulating film 23 made of silicon oxide is formed to a thickness of about 5 nm to 15 nm using a thermal oxidation method.

続いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、ポリシリコンからなるゲート電極材料膜(図示せず)を半導体層50、及びゲート絶縁膜23の上に100nm~200nm程度の厚さで形成する。次に、フォトリソグラフィ、及びエッチングを用いて、形成したゲート電極材料膜を加工することで、半導体層50の上面にゲート電極20を形成する。Next, a gate electrode material film (not shown) made of polysilicon is formed on the semiconductor layer 50 and the gate insulating film 23 to a thickness of about 100 nm to 200 nm using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Next, the gate electrode material film is processed using photolithography and etching to form the gate electrode 20 on the upper surface of the semiconductor layer 50.

続いて、図19に示すように、ゲート電極20、及び図示しないオフセットスペーサをマスクとして、第1導電型不純物(例えば、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物)のインプランテーションS/D IMPLを行うことで、ゲート電極20の両側の半導体層50にエクステンション領域52S,52Dを形成する。次に、ゲート電極20の両側面に図示しないサイドウォールを形成し、再度、第1導電型不純物のインプランテーションS/D IMPLを行う。これにより、ゲート電極20を挟んで両側の半導体層50にソース領域50S、及びドレイン領域50Dを形成することができる。なお、サイドウォールは、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dを形成した後、除去される。19, the gate electrode 20 and the offset spacer (not shown) are used as a mask to perform S/D IMPL implantation of a first conductivity type impurity (e.g., n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P)) to form extension regions 52S, 52D in the semiconductor layer 50 on both sides of the gate electrode 20. Next, sidewalls (not shown) are formed on both sides of the gate electrode 20, and S/D IMPL implantation of the first conductivity type impurity is performed again. This allows the source region 50S and the drain region 50D to be formed in the semiconductor layer 50 on both sides of the gate electrode 20. The sidewalls are removed after the source region 50S and the drain region 50D are formed.

次に、図20に示すように、例えば、CVD法を用いて、酸化シリコンからなる第1絶縁膜81をゲート電極20の表面、及び半導体層50の上面に10nm~100nm程度の厚さで形成する。Next, as shown in FIG. 20, a first insulating film 81 made of silicon oxide is formed on the surface of the gate electrode 20 and the upper surface of the semiconductor layer 50 to a thickness of approximately 10 nm to 100 nm using, for example, a CVD method.

続いて、図21に示すように、例えば、CVD法を用いて、第1絶縁膜81を形成する酸化シリコンとエッチングレートが異なる窒化シリコンからなる第2絶縁膜82を第1絶縁膜81の表面に10nm~100nm程度の厚さで形成する。その後、例えば、CVD法を用いて、酸化シリコンからなる第3絶縁膜83を第2絶縁膜82の上に500nm~1500nm程度の厚さで形成する。21, a second insulating film 82 made of silicon nitride, which has a different etching rate from the silicon oxide that forms the first insulating film 81, is formed on the surface of the first insulating film 81 to a thickness of about 10 nm to 100 nm, for example, by using a CVD method. After that, a third insulating film 83 made of silicon oxide is formed on the second insulating film 82 to a thickness of about 500 nm to 1500 nm, for example, by using a CVD method.

次に、図22に示すように、フォトリソグラフィ、及びエッチングを用いて、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dに対応する位置の第3絶縁膜83、第2絶縁膜82、及び第1絶縁膜81を除去する。これにより、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dを露出させるコンタクトホールH1を形成する。コンタクトホールH1は、図12で示したように、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して設けられる。22, the third insulating film 83, the second insulating film 82, and the first insulating film 81 are removed by photolithography and etching at positions corresponding to the source region 50S and the drain region 50D. This forms a contact hole H1 that exposes the source region 50S and the drain region 50D. The contact hole H1 is provided extending in a direction parallel to the extension direction of the finger portion 21 of the gate electrode 20, as shown in FIG.

続いて、図23に示すように、コンタクトホールH1を介して、高濃度の第1導電型不純物(例えば、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物)のインプランテーションCnt IMPLをソース領域50S、及びドレイン領域50Dに行うことにより、半導体層50に低抵抗領域51S,51Dを形成する。Next, as shown in FIG. 23, implantation Cnt IMPL of a high concentration of a first conductivity type impurity (e.g., an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P)) is performed into the source region 50S and the drain region 50D through the contact hole H1, thereby forming low resistance regions 51S, 51D in the semiconductor layer 50.

次に、図24に示すように、コンタクトホールH1内に、チタン層、窒化チタン層、及びタングステン層を順に積層することで、積層構造を有するコンタクトプラグ60S,60Dを形成する。これにより、コンタクトプラグ60S,60Dは、低抵抗領域51S,51Dを介して、ソース領域50S、及びドレイン領域50Dと電気的に接続することができる。コンタクトプラグ60S,60Dは、図12で示したように、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して設けられる。24, a titanium layer, a titanium nitride layer, and a tungsten layer are sequentially stacked in the contact hole H1 to form contact plugs 60S, 60D having a stacked structure. This allows the contact plugs 60S, 60D to be electrically connected to the source region 50S and the drain region 50D via the low resistance regions 51S, 51D. The contact plugs 60S, 60D are provided extending in a direction parallel to the extension direction of the finger portions 21 of the gate electrode 20 as shown in FIG.

その後、図25に示すように、コンタクトプラグ60S,60Dの上に、第1メタルM1として、アルミニウム(Al)からなるソース電極30S、及びドレイン電極30Dを形成する。ソース電極30Sのフィンガー部31S、及びドレイン電極30Dのフィンガー部31Dは、図12で示したように、ゲート電極20のフィンガー部21の延伸方向と平行な方向に延伸して設けられる。25, a source electrode 30S and a drain electrode 30D made of aluminum (Al) are formed as a first metal M1 on the contact plugs 60S and 60D. The finger portions 31S of the source electrode 30S and the finger portions 31D of the drain electrode 30D are provided extending in a direction parallel to the extension direction of the finger portions 21 of the gate electrode 20 as shown in FIG.

続いて、図26に示すように、例えば、CVD法を用いて、第3絶縁膜の上面、及び第1メタルM1の表面に酸化シリコンからなる第4絶縁膜84を形成する。Next, as shown in FIG. 26, a fourth insulating film 84 made of silicon oxide is formed on the upper surface of the third insulating film and on the surface of the first metal M1, for example, by using a CVD method.

次に、図27に示すように、第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83を貫通し、第2絶縁膜82を露出させる開口Pを形成する。Next, as shown in FIG. 27, an opening P is formed that penetrates the fourth insulating film 84 and the third insulating film 83 and exposes the second insulating film 82.

具体的には、まず、フォトリソグラフィを用いて、低誘電率領域形成用レジスト65をパターニングする。その後、パターニングされた低誘電率領域形成用レジスト65をマスクとするドライエッチングによって、第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83の一部を除去することで、開口Pを形成する。なお、開口Pを形成するエッチングは、異方性の高いドライエッチングにて行われる。このような異方性の高いエッチングを用いることにより、アスペクト比の高い開口Pを所望の領域に高精度で形成することが可能となる。Specifically, first, photolithography is used to pattern the low dielectric constant region forming resist 65. Then, the fourth insulating film 84 and a portion of the third insulating film 83 are removed by dry etching using the patterned low dielectric constant region forming resist 65 as a mask to form the opening P. The etching to form the opening P is performed by highly anisotropic dry etching. By using such highly anisotropic etching, it is possible to form an opening P with a high aspect ratio in the desired region with high precision.

ここで、開口Pは、半導体層50のXY面内方向において第1メタルM1の間の領域に設けられる。具体的には、開口Pは、ソース電極30S、及びドレイン電極30Dの間の領域(すなわち、ゲート電極20の上方)に設けられる。開口Pの開口幅WPは、例えば、100nm~1000nm程度である。開口Pの形成において、第2絶縁膜82がエッチングストッパとして機能するため、開口Pのエッチングは、酸化シリコンからなる第4絶縁膜84、及び第3絶縁膜83まで進み、第2絶縁膜82の上面で停止する。この工程で形成された開口Pの内部の空隙AGが第1低誘電率領域70となる。Here, the opening P is provided in the region between the first metal M1 in the XY plane direction of the semiconductor layer 50. Specifically, the opening P is provided in the region between the source electrode 30S and the drain electrode 30D (i.e., above the gate electrode 20). The opening width WP of the opening P is, for example, about 100 nm to 1000 nm. In forming the opening P, the second insulating film 82 functions as an etching stopper, so that the etching of the opening P proceeds to the fourth insulating film 84 made of silicon oxide and the third insulating film 83, and stops at the upper surface of the second insulating film 82. The void AG inside the opening P formed in this process becomes the first low dielectric constant region 70.

続いて、図28に示すように、低誘電率領域形成用レジスト65を残した状態で、開口Pを介して第2絶縁膜82の一部をエッチングすることで、第1メタルM1の間に設けられた空隙AGと連続する空隙AGをゲート電極20の側方に形成する。なお、第2絶縁膜82の一部を除去するエッチングは、等方的なドライエッチング、又はウェットエッチング等を用いて行われる。このような等方的なエッチングを用いることにより、ゲート電極20の上面、及び側面に設けられた第2絶縁膜82を効率的にエッチングし、より広い領域に空隙AGを形成することができる。28, while leaving the low dielectric constant region forming resist 65, a portion of the second insulating film 82 is etched through the opening P to form a gap AG that is continuous with the gap AG provided between the first metals M1 on the side of the gate electrode 20. The etching to remove a portion of the second insulating film 82 is performed using isotropic dry etching or wet etching. By using such isotropic etching, the second insulating film 82 provided on the upper surface and side surfaces of the gate electrode 20 can be efficiently etched, and the gap AG can be formed in a wider area.

この工程において、第2絶縁膜82を除去することで形成された空隙AGが第2低誘電率領域71となる。すなわち、ゲート電極20の上方に第1低誘電率領域70となる空隙AGが形成され、ゲート電極20の側方に第2低誘電率領域71となる空隙AGが形成されるため、半導体装置10は、オフ容量の外部成分をさらに低減することができる。In this process, the void AG formed by removing the second insulating film 82 becomes the second low dielectric constant region 71. That is, the void AG that becomes the first low dielectric constant region 70 is formed above the gate electrode 20, and the void AG that becomes the second low dielectric constant region 71 is formed to the side of the gate electrode 20, so that the semiconductor device 10 can further reduce the external component of the off capacitance.

次に、図29に示すように、低誘電率領域形成用レジスト65を剥離した後、例えば、空隙AG内部への埋め込み性が低い条件のCVD法を用いて、第4絶縁膜84の上に酸化シリコンからなる第5絶縁膜85を形成する。このような条件のCVD法では、第5絶縁膜85は、開口Pの上部にオーバーハングしながら堆積する。これによれば、開口Pの内部が第5絶縁膜85にて埋め込まれる前に、開口Pの上部が第5絶縁膜85にて閉塞されるため、開口Pの内部に気密封止された空隙AGが形成される。このとき、開口Pの側面、及びゲート電極20を覆う第1絶縁膜81の上面は、開口Pの内部に入り込んだ第5絶縁膜85で被覆されてもよい。29, after the resist 65 for forming the low dielectric constant region is peeled off, a fifth insulating film 85 made of silicon oxide is formed on the fourth insulating film 84, for example, by using a CVD method under conditions that provide low embedding ability into the void AG. In the CVD method under such conditions, the fifth insulating film 85 is deposited while overhanging the upper part of the opening P. According to this, before the inside of the opening P is filled with the fifth insulating film 85, the upper part of the opening P is blocked by the fifth insulating film 85, so that a hermetically sealed void AG is formed inside the opening P. At this time, the side surface of the opening P and the upper surface of the first insulating film 81 covering the gate electrode 20 may be covered with the fifth insulating film 85 that has entered the inside of the opening P.

空隙AGは、第3絶縁膜83、第4絶縁膜84、及び第5絶縁膜85を形成する酸化シリコン(比誘電率3.9)よりも比誘電率が低いため、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71として機能する。空隙AGの内側は、真空であってもよく、空気(比誘電率1.0)が存在してもよい。または、空隙AGの内側は、第3絶縁膜83、第4絶縁膜84、及び第5絶縁膜85を形成する酸化シリコン(比誘電率3.9)よりも比誘電率が低い材料で埋め込まれていてもよい。 The void AG has a lower dielectric constant than the silicon oxide (dielectric constant 3.9) that forms the third insulating film 83, the fourth insulating film 84, and the fifth insulating film 85, and therefore functions as the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71. The inside of the void AG may be a vacuum, or air (dielectric constant 1.0) may be present. Alternatively, the inside of the void AG may be filled with a material that has a lower dielectric constant than the silicon oxide (dielectric constant 3.9) that forms the third insulating film 83, the fourth insulating film 84, and the fifth insulating film 85.

以上の工程により、XY面内方向において第1メタルM1の間、かつZ積層方法において第1メタルM1の下面よりも下方の少なくともいずれかの領域を含む第1低誘電率領域70と、XY面内方向においてコンタクトプラグ60S,60Dとゲート電極20との間、かつZ積層方法において第1低誘電率領域70よりも下方の少なくともいずれかの領域を含む第2低誘電率領域71とに対応する領域に空隙AGが設けられることになる。このとき、第1低誘電率領域70の空隙AGと、第2低誘電率領域71の空隙AGとは、空間的に連続して形成される。Through the above steps, a gap AG is provided in a region corresponding to a first low dielectric constant region 70 that is between the first metal M1 in the XY plane direction and includes at least any region below the lower surface of the first metal M1 in the Z-stacking method, and a second low dielectric constant region 71 that is between the contact plugs 60S, 60D and the gate electrode 20 in the XY plane direction and includes at least any region below the first low dielectric constant region 70 in the Z-stacking method. At this time, the gap AG in the first low dielectric constant region 70 and the gap AG in the second low dielectric constant region 71 are formed spatially continuous.

その後、第5絶縁膜85の上に、必要に応じて第6絶縁膜86が形成されることで、図7に示した半導体装置10が形成される。なお、図示しないが、第5絶縁膜85の上に、第1メタルM1、及び第4絶縁膜84と同様に、金属層、及び絶縁膜の形成を順次行うことで、第2メタルM2、さらには第3メタルM3を形成することも可能である。7 is formed on the fifth insulating film 85 as necessary. Note that, although not shown, it is also possible to form the second metal M2 and then the third metal M3 by sequentially forming a metal layer and an insulating film on the fifth insulating film 85 in the same manner as the first metal M1 and the fourth insulating film 84.

以上にて説明したように、半導体装置10は、上述した領域に第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71を設けることにより、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1を低減することができる。したがって、半導体装置10は、オフ容量の外部成分Cexを低減することができる。これによれば、半導体装置10は、オン抵抗とオフ容量との積(Ron*Coff)を低減することができるため、高周波スイッチの重要な特性である低損失化を促進することが可能となる。As described above, the semiconductor device 10 can reduce the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D, and the first metal M1, and the capacitance CMM1 between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D, and the first metal M1, by providing the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 in the above-mentioned region. Therefore, the semiconductor device 10 can reduce the external component Cex of the off capacitance. As a result, the semiconductor device 10 can reduce the product of the on resistance and the off capacitance (Ron * Coff), which makes it possible to promote low loss, which is an important characteristic of a high-frequency switch.

また、半導体装置10では、第1低誘電率領域70は、Z積層方向において第1メタルM1の下面と上面との間の領域、及び第1メタルM1の上面よりも上方の領域にもさらに延伸して設けられてもよい。このような場合、半導体装置10は、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D、及び第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1をさらに低減することが可能となる。In addition, in the semiconductor device 10, the first low dielectric constant region 70 may be further extended in the Z-stack direction into the region between the lower surface and the upper surface of the first metal M1, and into the region above the upper surface of the first metal M1. In such a case, the semiconductor device 10 can further reduce the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D, and the first metal M1, and the capacitance CMM1 generated between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D, and the first metal M1.

さらに、半導体装置10は、エッチングレートが異なる材料でそれぞれ形成された絶縁膜を含む少なくとも1層以上の絶縁膜80を半導体層50の上に設けて構成されることが好ましい。これによれば、半導体装置10では、各絶縁膜によるエッチングレートの差を用いて、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71の形成に用いられる開口Pのエッチング停止位置を高精度に制御することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、半導体装置10をより安定的かつ高い信頼性にて製造することが可能となる。Furthermore, the semiconductor device 10 is preferably configured by providing at least one or more insulating films 80, including insulating films each formed of a material with a different etching rate, on the semiconductor layer 50. This makes it possible for the semiconductor device 10 to control with high precision the etching stop positions of the openings P used to form the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71, by using the difference in etching rate between the insulating films. Therefore, according to this embodiment, the semiconductor device 10 can be manufactured more stably and with high reliability.

なお、図7等の縦断面図にて示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及びゲート電極20を覆う第1絶縁膜81の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10の構造を限定するものではない。Note that the embedding state of the fifth insulating film 85 in the opening P shown in the vertical cross-sectional view of Figure 7 etc., and the covering state on the side surface of the opening P and the upper surface of the first insulating film 81 covering the gate electrode 20 are merely examples and do not limit the structure of the semiconductor device 10 of this embodiment.

<2.第2の実施形態>
次に、図30を参照して、本開示の第2の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図30は、本実施形態に係る半導体装置10Aの断面構成を示す縦断面図である。図30は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
2. Second embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 30. Fig. 30 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of a semiconductor device 10A according to this embodiment. Fig. 30 shows the cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Fig. 6, similar to Fig. 7.

図30に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Aは、図7で示す半導体装置10に対して、開口Pを介して行われる第2絶縁膜82の等方的なエッチングの範囲を拡大させることで、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71となる空隙AGを拡大させている点が異なる。As shown in FIG. 30, the semiconductor device 10A of this embodiment differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 7 in that the range of isotropic etching of the second insulating film 82 performed through the opening P is expanded, thereby expanding the gap AG which becomes the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71.

具体的には、半導体装置10Aでは、第2絶縁膜82に加えてゲート電極20の上面を覆う第1絶縁膜81、さらに開口Pの側面の第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を除去することで、より広い範囲に空隙AGを形成することができる。これによれば、半導体装置10Aは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexをさらに低減することが可能である。Specifically, in the semiconductor device 10A, the gap AG can be formed over a wider range by removing the first insulating film 81 covering the upper surface of the gate electrode 20 in addition to the second insulating film 82, and further removing the third insulating film 83 and the fourth insulating film 84 on the side surface of the opening P. This makes it possible for the semiconductor device 10A to further reduce the external component Cex of the off capacitance, including the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D or the first metal M1, and the capacitance CMM1 generated between the first metal M1.

本実施形態に係る半導体装置10Aでは、開口Pの開口幅WPが拡大するため、開口Pの側面、及び底面(すなわち、ゲート電極20の上面)には、図7で示す半導体装置10よりも厚い膜厚の第5絶縁膜85が堆積することがあり得る。このとき、開口Pの底面に堆積した第5絶縁膜85は、等方的なエッチングによって開口Pの内部に露出したゲート電極20の上面を保護する機能を奏する。In the semiconductor device 10A according to this embodiment, since the opening width WP of the opening P is enlarged, a fifth insulating film 85 having a thickness thicker than that of the semiconductor device 10 shown in FIG. 7 may be deposited on the side and bottom surfaces of the opening P (i.e., the upper surface of the gate electrode 20). At this time, the fifth insulating film 85 deposited on the bottom surface of the opening P functions to protect the upper surface of the gate electrode 20 exposed inside the opening P by isotropic etching.

なお、第1の実施形態でも言及したが、図30で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及びゲート電極20の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Aの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the state of filling the opening P with the fifth insulating film 85 shown in FIG. 30, as well as the state of covering the side surface of the opening P and the upper surface of the gate electrode 20, are merely examples and do not limit the structure of the semiconductor device 10A according to this embodiment.

<3.第3の実施の形態>
続いて、図31を参照して、本開示の第3の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図31は、本実施形態に係る半導体装置10Bの断面構成を示す縦断面図である。図31は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
3. Third embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 31. Fig. 31 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of a semiconductor device 10B according to this embodiment. Fig. 31 shows the cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Fig. 6, similar to Fig. 7.

図31に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Bは、第1低誘電率領域70となる空隙AGの幅W70を図7で示す半導体装置10と同程度としつつ、第2低誘電率領域71となる空隙AGを図30で示す半導体装置10Aよりも拡大することができる。As shown in Figure 31, the semiconductor device 10B of this embodiment can maintain the width W70 of the gap AG that becomes the first low dielectric constant region 70 at the same level as that of the semiconductor device 10 shown in Figure 7, while allowing the gap AG that becomes the second low dielectric constant region 71 to be larger than that of the semiconductor device 10A shown in Figure 30.

具体的には、半導体装置10Bでは、開口Pを形成する際に用いる低誘電率領域形成用レジスト65の開口幅をより狭くすることで、より狭い開口幅WPを有する開口Pを形成する。その上で、半導体装置10Bは、開口Pを介して行われる第2絶縁膜82の等方的なエッチングの範囲を拡大し、第2絶縁膜82に加えてゲート電極20の上面及び側面を覆う第1絶縁膜81、さらに開口Pの側面の第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を除去することで、より広い範囲に空隙AGを形成することができる。Specifically, in semiconductor device 10B, the opening width of low dielectric constant region forming resist 65 used in forming opening P is narrowed to form opening P with a narrower opening width WP. In addition, semiconductor device 10B expands the range of isotropic etching of second insulating film 82 performed through opening P, and removes in addition to second insulating film 82, first insulating film 81 covering the upper surface and side surface of gate electrode 20, and further third insulating film 83 and fourth insulating film 84 on the side surface of opening P, thereby forming gap AG over a wider range.

開口Pを介した第1絶縁膜81、第2絶縁膜82、第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84の等方的なエッチングは、空隙AGを拡大するために長時間行われるため、開口Pの開口幅WPはエッチング前後で広がってしまう。本実施形態に係る半導体装置10Bでは、あらかじめ開口幅WPを狭くして開口Pを形成しているため、空隙AGを形成するエッチングにて開口Pの開口幅WPが過度に広がり、第5絶縁膜85による開口Pの上部の閉塞が困難となることを防止することができる。 The isotropic etching of the first insulating film 81, the second insulating film 82, the third insulating film 83, and the fourth insulating film 84 through the opening P is performed for a long time in order to expand the void AG, so the opening width WP of the opening P widens before and after the etching. In the semiconductor device 10B according to this embodiment, the opening P is formed with a narrow opening width WP in advance, so that it is possible to prevent the opening width WP of the opening P from widening excessively during the etching that forms the void AG, making it difficult to close the upper part of the opening P with the fifth insulating film 85.

なお、半導体装置10Bでは、空隙AGを形成するための等方的なエッチングは、半導体層50が露出しないようにエッチング量を制御して行われる。具体的には、空隙AGを形成するための等方的なエッチングは、半導体層50の上面に設けられた第1絶縁膜81が消失しない程度にエッチング量を制御して行われる。これは、ゲート絶縁膜23の近傍の半導体層50が露出したり、ゲート絶縁膜23がサイドエッチングされたりした場合、ゲート長、及び閾値電圧のばらつきが大きくなる可能性があるためである。In the semiconductor device 10B, the isotropic etching for forming the void AG is performed by controlling the amount of etching so that the semiconductor layer 50 is not exposed. Specifically, the isotropic etching for forming the void AG is performed by controlling the amount of etching so that the first insulating film 81 provided on the upper surface of the semiconductor layer 50 is not lost. This is because if the semiconductor layer 50 near the gate insulating film 23 is exposed or if the gate insulating film 23 is side-etched, the gate length and threshold voltage may vary significantly.

半導体装置10Bでは、第2絶縁膜82に加えてゲート電極20の上面及び側面を覆う第1絶縁膜81、さらに開口Pの側面の第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84を除去することで、さらに広い範囲に空隙AGを形成することができる。これによれば、半導体装置10Bは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexをさらに低減することが可能である。In the semiconductor device 10B, the gap AG can be formed over a wider range by removing the first insulating film 81 covering the upper surface and side surface of the gate electrode 20 in addition to the second insulating film 82, and further removing the third insulating film 83 and the fourth insulating film 84 on the side surface of the opening P. As a result, the semiconductor device 10B can further reduce the external component Cex of the off capacitance including the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D or the first metal M1, and the capacitance CMM1 generated between the first metal M1.

本実施形態に係る半導体装置10Bでは、開口Pの開口幅WPが図7で示す半導体装置10と同程度であるため、開口Pの側面、及び底面(すなわち、ゲート電極20の上面)に堆積する第5絶縁膜85の膜厚を薄くすることができる。これによれば、半導体装置10Bは、第1低誘電率領域70、及び第2低誘電率領域71となる空隙AGが過度に第5絶縁膜85によって埋め込まれてしまうことを抑制することができる。In the semiconductor device 10B according to this embodiment, the opening width WP of the opening P is approximately the same as that of the semiconductor device 10 shown in FIG. 7, so that the thickness of the fifth insulating film 85 deposited on the side and bottom surfaces (i.e., the upper surface of the gate electrode 20) of the opening P can be made thin. As a result, the semiconductor device 10B can prevent the gap AG, which becomes the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71, from being excessively filled with the fifth insulating film 85.

なお、第1の実施形態でも言及したが、図31で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及びゲート電極20の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Bの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedding state of the fifth insulating film 85 in the opening P shown in FIG. 31, as well as the covering state of the side surface of the opening P and the upper surface of the gate electrode 20, are merely examples and do not limit the structure of the semiconductor device 10B of this embodiment.

<4.第4の実施の形態>
次に、図32を参照して、本開示の第4の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図32は、本実施形態に係る半導体装置10Cの断面構成を示す縦断面図である。図32は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
4. Fourth embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 32. Fig. 32 is a longitudinal sectional view showing the cross-sectional configuration of a semiconductor device 10C according to this embodiment. Fig. 32 shows the cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Fig. 6, similar to Fig. 7.

図32に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Cは、図7で示す半導体装置10に対して、開口Pの一部が第5絶縁膜85にて埋め込まれることで、第1低誘電率領域70と、第2低誘電率領域71とが空間的に連続しておらず孤立している点が異なる。As shown in FIG. 32, the semiconductor device 10C of this embodiment differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 7 in that a portion of the opening P is filled with a fifth insulating film 85, so that the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 are not spatially continuous but are isolated from each other.

具体的には、半導体装置10Cでは、開口Pの上部を閉塞する第5絶縁膜85を形成する際に、埋め込み性が高い条件のCVD法にて第5絶縁膜85を成膜することで、開口Pの内部により多くの第5絶縁膜85を堆積させる。これにより、半導体装置10Cは、開口Pの側面、及び底面(すなわち、第1絶縁膜81の上面)に堆積された第5絶縁膜85を結合させ、第1低誘電率領域70と、第2低誘電率領域71とを互いに分離することができる。これにより、第1低誘電率領域70は、ゲート電極20の上方に設けられ、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20の側面を囲むように互いに離隔して設けられる。Specifically, in the semiconductor device 10C, when forming the fifth insulating film 85 that closes the upper portion of the opening P, the fifth insulating film 85 is deposited by a CVD method under conditions of high embedding property, so that a large amount of the fifth insulating film 85 is deposited inside the opening P. As a result, the semiconductor device 10C can bond the fifth insulating film 85 deposited on the side and bottom surface (i.e., the upper surface of the first insulating film 81) of the opening P, and separate the first low dielectric constant region 70 and the second low dielectric constant region 71 from each other. As a result, the first low dielectric constant region 70 is provided above the gate electrode 20, and the second low dielectric constant region 71 is provided at a distance from each other so as to surround the side surface of the gate electrode 20.

したがって、本実施形態に係る半導体装置10Cのような構成であっても、図7で示す半導体装置10と同様に、半導体装置10Cは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。Therefore, even with a configuration such as that of the semiconductor device 10C of this embodiment, like the semiconductor device 10 shown in FIG. 7, the semiconductor device 10C is capable of reducing the external component Cex of the off capacitance, including the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D or the first metal M1, and the capacitance CMM1 generated between the first metal M1.

なお、第1の実施形態でも言及したが、図32で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及び第1絶縁膜81の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Cの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedding state of the fifth insulating film 85 in the opening P shown in FIG. 32, and the covering state of the side surface of the opening P and the upper surface of the first insulating film 81 are merely examples and do not limit the structure of the semiconductor device 10C according to this embodiment.

<5.第5の実施の形態>
続いて、図33を参照して、本開示の第5の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図33は、本実施形態に係る半導体装置10Dの断面構成を示す縦断面図である。図33は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
<5. Fifth embodiment>
Next, the configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 33. Fig. 33 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device 10D according to this embodiment. Fig. 33 shows a cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Fig. 6, similar to Fig. 7.

図33に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Dは、図7で示す半導体装置10に対して、開口Pが第5絶縁膜85にて埋め込まれることで、第1低誘電率領域70に対応する領域が第5絶縁膜85にて埋め込まれている点が異なる。As shown in FIG. 33, the semiconductor device 10D of this embodiment differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 7 in that the opening P is filled with a fifth insulating film 85, and thus the region corresponding to the first low dielectric constant region 70 is filled with the fifth insulating film 85.

具体的には、半導体装置10Dでは、開口Pの上部を閉塞する第5絶縁膜85を形成する際に、開口Pの埋め込み性が高い条件のCVD法にて第5絶縁膜85を成膜することで、開口Pの第1絶縁膜81の上面から開口面にかけての領域を第5絶縁膜85にて埋め込む。これにより、第1メタルM1の下面より下方、かつ第1絶縁膜81の上面よりも上方の開口Pは、第5絶縁膜85で埋め込まれる。しかしながら、第5絶縁膜85を第3絶縁膜83、及び第4絶縁膜84よりも比誘電率が低い材料で形成することで、図7で示す半導体装置10と同様に、上記領域を第1低誘電率領域70として機能させることができる。また、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20の側面を囲む空隙AGにて構成される。Specifically, in the semiconductor device 10D, when forming the fifth insulating film 85 that closes the upper portion of the opening P, the fifth insulating film 85 is formed by a CVD method under conditions that provide high filling properties for the opening P, so that the region from the upper surface of the first insulating film 81 to the opening surface of the opening P is filled with the fifth insulating film 85. As a result, the opening P below the lower surface of the first metal M1 and above the upper surface of the first insulating film 81 is filled with the fifth insulating film 85. However, by forming the fifth insulating film 85 from a material having a lower dielectric constant than the third insulating film 83 and the fourth insulating film 84, the above region can function as the first low dielectric constant region 70, as in the semiconductor device 10 shown in FIG. 7. In addition, the second low dielectric constant region 71 is composed of a gap AG that surrounds the side surface of the gate electrode 20.

したがって、本実施形態に係る半導体装置10Dのような構成であっても、図7で示す半導体装置10と同様に、半導体装置10Dは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。Therefore, even with a configuration such as that of the semiconductor device 10D of this embodiment, like the semiconductor device 10 shown in FIG. 7, the semiconductor device 10D is capable of reducing the external component Cex of the off capacitance, including the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D or the first metal M1, and the capacitance CMM1 generated between the first metal M1.

なお、第1の実施形態でも言及したが、図33で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Dの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedded state of the fifth insulating film 85 in the opening P shown in FIG. 33 is merely an example and does not limit the structure of the semiconductor device 10D of this embodiment.

<6.第6の実施の形態>
次に、図34を参照して、本開示の第6の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図34は、本実施形態に係る半導体装置10Eの断面構成を示す縦断面図である。図34は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
6. Sixth embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 34. Fig. 34 is a vertical cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of a semiconductor device 10E according to this embodiment. Fig. 34 shows the cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Fig. 6, similar to Fig. 7.

図34に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Eは、図33で示す半導体装置10Dに対して、流動性を有する材料の塗布によって第5絶縁膜85を形成している点が異なる。具体的には、半導体装置10Eでは、低誘電体膜であるSOG(Spin On Glass)、若しくは有機樹脂膜の塗布成膜、又は有機樹脂膜の貼り付け成膜を用いて、第5絶縁膜85を形成することで、開口Pの上部を閉塞する。SOG及び有機樹脂は流動性が高いため、開口面から開口Pの第1絶縁膜81の上面にかけての領域をCVD法よりも容易に第5絶縁膜85にて埋め込むことができる。34, the semiconductor device 10E according to this embodiment is different from the semiconductor device 10D shown in FIG. 33 in that the fifth insulating film 85 is formed by applying a material having fluidity. Specifically, in the semiconductor device 10E, the fifth insulating film 85 is formed by applying SOG (Spin On Glass), which is a low dielectric film, or an organic resin film, or by applying an organic resin film, to close the upper portion of the opening P. Since SOG and organic resin have high fluidity, the region from the opening surface to the upper surface of the first insulating film 81 of the opening P can be filled with the fifth insulating film 85 more easily than by the CVD method.

これにより、第1メタルM1の下面より下方、かつ第1絶縁膜81の上面よりも上方の開口Pは、低誘電体膜であるSOG又は有機樹脂からなる第5絶縁膜85で埋め込まれるため、図7で示す半導体装置10と同様に、第1低誘電率領域70として機能することができる。また、第2低誘電率領域71は、ゲート電極20の側面を囲む空隙AGにて構成される。As a result, the opening P below the lower surface of the first metal M1 and above the upper surface of the first insulating film 81 is filled with the fifth insulating film 85 made of SOG or organic resin, which is a low dielectric film, and can function as the first low dielectric constant region 70, similar to the semiconductor device 10 shown in Figure 7. The second low dielectric constant region 71 is formed of a gap AG surrounding the side surface of the gate electrode 20.

したがって、本実施形態に係る半導体装置10Eのような構成であっても、図7で示す半導体装置10と同様に、半導体装置10Eは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1などを含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。Therefore, even with a configuration such as that of the semiconductor device 10E of this embodiment, like the semiconductor device 10 shown in FIG. 7, the semiconductor device 10E is capable of reducing the external component Cex of the off capacitance, including the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D or the first metal M1, and the capacitance CMM1 generated between the first metal M1.

なお、第1の実施形態でも言及したが、図34で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Eの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedded state of the fifth insulating film 85 in the opening P shown in FIG. 34 is merely an example and does not limit the structure of the semiconductor device 10E of this embodiment.

<7.第7の実施形態>
続いて、図35を参照して、本開示の第7の実施形態に係る半導体装置の構成について説明する。図35は、本実施形態に係る半導体装置10Fの断面構成を示す縦断面図である。図35は、図7と同様に、図6のVII-VII線における断面構成を示す。
7. Seventh embodiment
Next, the configuration of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 35. Fig. 35 is a longitudinal sectional view showing a cross-sectional configuration of a semiconductor device 10F according to this embodiment. Fig. 35 shows the cross-sectional configuration taken along line VII-VII in Fig. 6, similar to Fig. 7.

図35に示すように、本実施形態に係る半導体装置10Fは、図7で示す半導体装置10に対して、第4絶縁膜84と第5絶縁膜85との間に設けられた第2メタルM2と、第2メタルM2の表面、及び第4絶縁膜84の上面を覆う第7絶縁膜87とがさらに設けられている点が異なる。As shown in FIG. 35, the semiconductor device 10F of this embodiment differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 7 in that it further includes a second metal M2 provided between the fourth insulating film 84 and the fifth insulating film 85, and a seventh insulating film 87 covering the surface of the second metal M2 and the upper surface of the fourth insulating film 84.

具体的には、半導体装置10Fでは、第4絶縁膜84は、第1メタルM1、及び第1メタルM1の上面に設けられたコンタクトプラグ61を埋め込んで設けられる。また、第4絶縁膜84の上には、コンタクトプラグ61を介して第1メタルM1と接続する第2メタルM2が設けられ、第2メタルM2の表面、及び第4絶縁膜の上面には、第7絶縁膜87が設けられる。開口Pは、第7絶縁膜87の上面から形成されており、第7絶縁膜87の上に設けられた第5絶縁膜85によって上部を閉塞される。Specifically, in the semiconductor device 10F, the fourth insulating film 84 is provided by embedding the first metal M1 and the contact plug 61 provided on the upper surface of the first metal M1. A second metal M2 that connects to the first metal M1 via the contact plug 61 is provided on the fourth insulating film 84, and a seventh insulating film 87 is provided on the surface of the second metal M2 and the upper surface of the fourth insulating film. An opening P is formed from the upper surface of the seventh insulating film 87, and the upper part is closed by a fifth insulating film 85 provided on the seventh insulating film 87.

第2メタルM2、第7絶縁膜87、及びコンタクトプラグ61を構成する材料は、それぞれ第1メタルM1、第4絶縁膜84、及びコンタクトプラグ60S,60Dと実質的に同様であるため、ここでの説明は省略する。 The materials constituting the second metal M2, the seventh insulating film 87, and the contact plug 61 are substantially the same as those constituting the first metal M1, the fourth insulating film 84, and the contact plugs 60S and 60D, respectively, and therefore will not be described here.

本実施形態に係る半導体装置10Fでは、第1メタルM1の上に設けられる第2メタルM2の間にも空隙AGからなる第1低誘電率領域70を延伸させることができる。これによれば、半導体装置10Fは、ゲート電極20とコンタクトプラグ60S,60D又は第1メタルM1との間の容量CgM、及び第1メタルM1の間に生じる容量CMM1に加えて、ゲート電極20と第2メタルM2との間の容量Cg、及び第2メタルM2の間に生じる容量CMM2を低減することが可能である。したがって、半導体装置10Fは、これらの容量を含むオフ容量の外部成分Cexを低減することが可能である。In the semiconductor device 10F according to this embodiment, the first low dielectric constant region 70 consisting of the gap AG can be extended between the second metal M2 provided on the first metal M1. As a result, the semiconductor device 10F can reduce the capacitance Cg between the gate electrode 20 and the second metal M2 and the capacitance CMM2 between the gate electrode 20 and the second metal M2, in addition to the capacitance CgM between the gate electrode 20 and the contact plugs 60S, 60D or the first metal M1 and the capacitance CMM1 between the first metal M1. Therefore, the semiconductor device 10F can reduce the external component Cex of the off capacitance including these capacitances.

なお、第1の実施形態でも言及したが、図35で示した開口Pにおける第5絶縁膜85の埋め込み状態、並びに開口Pの側面、及び第1絶縁膜81の上面への被覆状態は、あくまで例示であって、本実施形態に係る半導体装置10Fの構造を限定するものではない。As mentioned in the first embodiment, the embedding state of the fifth insulating film 85 in the opening P shown in FIG. 35, and the covering state of the side surface of the opening P and the upper surface of the first insulating film 81 are merely examples and do not limit the structure of the semiconductor device 10F of this embodiment.

<8.適用例>
さらに、図36を参照して、本開示の第1~第7の実施形態に係る半導体装置の適用例である無線通信装置の構成について説明する。図36は、無線通信装置の構成の一例を示す模式図である。
8. Application Examples
Furthermore, a configuration of a wireless communication device, which is an application example of the semiconductor device according to the first to seventh embodiments of the present disclosure, will be described with reference to Fig. 36. Fig. 36 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the wireless communication device.

図36に示すように、無線通信装置3は、例えば、アンテナANTと、高周波スイッチ1と、高電力増幅器HPAと、高周波集積回路RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)と、ベースバンド部BBと、音声出力部MICと、データ出力部DTと、インタフェース部I/F(例えば、無線LAN(Wireless Local Area Network:W-LAN)、Bluetooth(登録商標)など)とを備える。無線通信装置3は、例えば、音声、データ通信、及びLAN(Local Area Network)接続などの多機能を有する携帯電話システムに用いられる高周波モジュールである。As shown in FIG. 36, the wireless communication device 3 includes, for example, an antenna ANT, a high-frequency switch 1, a high-power amplifier HPA, a high-frequency integrated circuit RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit), a baseband unit BB, an audio output unit MIC, a data output unit DT, and an interface unit I/F (for example, a wireless LAN (Wireless Local Area Network: W-LAN), Bluetooth (registered trademark), etc.). The wireless communication device 3 is, for example, a high-frequency module used in a mobile phone system having multiple functions such as voice, data communication, and LAN (Local Area Network) connection.

高周波スイッチ1は、第1~第7の実施形態に係る半導体装置10、10A~10Fのいずれかを含んで構成される。The high frequency switch 1 is configured to include any one of the semiconductor devices 10, 10A to 10F according to the first to seventh embodiments.

無線通信装置3の送信系から送信信号をアンテナANTへ出力する場合(すなわち、送信時)、無線通信装置3は、ベースバンド部BBから出力される送信信号を高周波集積回路RFIC、高電力増幅器HPA、及び高周波スイッチ1を介してアンテナANTへと出力する。When a transmission signal is output from the transmission system of the wireless communication device 3 to the antenna ANT (i.e., during transmission), the wireless communication device 3 outputs the transmission signal output from the baseband unit BB to the antenna ANT via the radio frequency integrated circuit RFIC, the high power amplifier HPA, and the radio frequency switch 1.

一方、アンテナANTで受信した受信信号を無線通信装置3の受信系へ入力させる場合(すなわち、受信時)、無線通信装置3は、高周波スイッチ1、及び高周波集積回路RFICを介して、受信信号をベースバンド部BBに入力する。ベースバンド部BBで処理された受信信号は、音声出力部MIC、データ出力部DT、又はインタフェース部I/Fなどの出力部から出力される。On the other hand, when the signal received by the antenna ANT is input to the receiving system of the wireless communication device 3 (i.e., during reception), the wireless communication device 3 inputs the received signal to the baseband unit BB via the high frequency switch 1 and the high frequency integrated circuit RFIC. The received signal processed by the baseband unit BB is output from an output unit such as the audio output unit MIC, the data output unit DT, or the interface unit I/F.

以上、第1~第7の実施形態を挙げて本開示に係る技術を説明したが、本開示に係る技術は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。The technology related to the present disclosure has been explained above using the first to seventh embodiments, but the technology related to the present disclosure is not limited to the above embodiments and various modifications are possible.

例えば、上記実施形態では、第1導電型不純物は、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物であり、第2導電型不純物は、ホウ素(B)、又はアルミニウム(Al)等のp型不純物であるとしたが、これらの導電型は逆であってもよい。すなわち、第1導電型不純物は、ホウ素(B)、又はアルミニウム(Al)等のp型不純物であり、第2導電型不純物は、ヒ素(As)又はリン(P)等のn型不純物であってもよい。For example, in the above embodiment, the first conductivity type impurity is an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P), and the second conductivity type impurity is a p-type impurity such as boron (B) or aluminum (Al), but these conductivity types may be reversed. That is, the first conductivity type impurity may be a p-type impurity such as boron (B) or aluminum (Al), and the second conductivity type impurity may be an n-type impurity such as arsenic (As) or phosphorus (P).

例えば、上記実施形態では、本開示に係る技術の実施形態として、高周波スイッチ1、電界効果トランジスタ等の半導体装置10、及び無線通信装置3の構成を具体的に挙げて説明したが、これらは、図示した構成要素を全て備えるものに限定されるものではなく、一部の構成要素を他の構成要素に置換することも可能である。For example, in the above embodiment, specific configurations of a high-frequency switch 1, a semiconductor device 10 such as a field-effect transistor, and a wireless communication device 3 are given and described as embodiments of the technology disclosed herein, but these are not limited to those having all of the components shown in the figures, and it is possible to replace some of the components with other components.

また、上記実施形態では、半導体装置10を無線通信装置3の高周波スイッチ1に適用する例を説明したが、半導体装置10は、高周波スイッチ(RF-SW)のほか、PA(Power Amplifier)などの他の高周波デバイスにも適用可能である。 In addition, in the above embodiment, an example was described in which the semiconductor device 10 is applied to a high-frequency switch 1 of a wireless communication device 3, but the semiconductor device 10 can also be applied to other high-frequency devices such as a high-frequency switch (RF-SW) and a PA (Power Amplifier).

さらに、上記実施形態において説明した各層の形状、材料、及び厚み、又は成膜方法等は上記に限定されるものではなく、他の形状、材料、及び厚みとしてもよく、又は他の成膜方法としてもよい。 Furthermore, the shapes, materials, thicknesses, and film formation methods of each layer described in the above embodiments are not limited to those described above, and other shapes, materials, and thicknesses, or other film formation methods may be used.

各実施形態で説明した構成および動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。たとえば、各実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素は、任意の構成要素として理解されるべきである。Not all of the configurations and operations described in each embodiment are necessarily essential to the configurations and operations of the present disclosure. For example, among the components in each embodiment, any components that are not described in an independent claim that represents the highest concept of the present disclosure should be understood as optional components.

本明細書および添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。そして、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施の形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。Terms used throughout this specification and the appended claims should be construed as "open-ended" terms. For example, the terms "including" or "including" should be construed as "not limited to what is described as including." The term "having" should be construed as "not limited to what is described as having." And, it will be apparent to one skilled in the art that modifications can be made to the embodiments of the present disclosure without departing from the scope of the appended claims.

本明細書で使用した用語には、単に説明の便宜のために用いたものであって、構成および動作を限定したものではないものが含まれる。たとえば、「右」、「左」、「上」、「下」といった用語は、参照している図面上での方向を示しているにすぎない。また、「内側」、「外側」という用語は、それぞれ、注目要素の中心に向かう方向、注目要素の中心から離れる方向を示す。これらに類似する用語や同様の趣旨の用語についても同様である。The terms used in this specification include those used merely for convenience of explanation and do not limit the configuration and operation. For example, terms such as "right," "left," "upper," and "lower" merely indicate directions in the drawings to which reference is being made. Furthermore, the terms "inner" and "outer" indicate directions toward and away from the center of the focused element, respectively. The same applies to terms similar to these and terms of a similar meaning.

なお、本開示にかかる技術は、以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成を備える本開示にかかる技術によれば、電界効果トランジスタのオフ容量を低減することができる。本開示にかかる技術が奏する効果は、ここに記載された効果に必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
(1)
ゲート電極と、
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と
を備え、
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられる、半導体装置。
(2)
前記第1低誘電率領域は、前記積層方向において前記第1メタルの上面と下面との間の少なくともいずれかの領域にさらに延伸して設けられる、前記(1)に記載の半導体装置。
(3)
前記第1低誘電率領域は、前記積層方向において前記第1メタルの上面よりも上方の少なくともいずれかの領域にさらに延伸して設けられる、前記(2)に記載の半導体装置。
(4)
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域と連続して設けられる、前記(1)~(3)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(5)
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、それぞれ空隙を含み、
前記第1低誘電率領域に含まれる空隙と、前記第2低誘電率領域に含まれる空隙とは連続して設けられる、前記(4)に記載の半導体装置。
(6)
前記ゲート電極を覆うように前記半導体層の上に設けられた1層以上の絶縁膜と、
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口と
をさらに備え、
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられる、前記(1)~(5)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(7)
前記1層以上の絶縁膜は、エッチングレートが異なる材料でそれぞれ形成された絶縁膜を含む、前記(6)に記載の半導体装置。
(8)
前記1層以上の絶縁膜は、
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と
を含み、
前記第1絶縁膜は、前記第2絶縁膜の材料とは異なるエッチングレートの材料で形成される、前記(7)に記載の半導体装置。
(9)
前記積層方向の一断面において、前記第1低誘電率領域の幅は、前記ゲート電極の表面に設けられた前記第1絶縁膜の幅よりも小さい、前記(8)に記載の半導体装置。
(10)
前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる、前記(8)又は(9)に記載の半導体装置。
(11)
前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第2絶縁膜、又は前記第2絶縁膜及び前記第1絶縁膜をさらに貫通して設けられる、前記(10)に記載の半導体装置。
(12)
前記1層以上の絶縁膜は、前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜をさらに含み、
前記開口は、前記第4絶縁膜の上面から設けられる、前記(10)又は(11)に記載の半導体装置。
(13)
前記1層以上の絶縁膜は、前記第4絶縁膜の上に設けられた第5絶縁膜をさらに含み、
前記第5絶縁膜は、前記開口の上部を閉塞する、前記(12)に記載の半導体装置。
(14)
前記第4絶縁膜と前記第5絶縁膜との間に設けられた第2メタルをさらに備え、
前記1層以上の絶縁膜は、前記第4絶縁膜の上面、及び前記第2メタルの表面を覆う第7絶縁膜をさらに含み、
前記開口は、前記第7絶縁膜の上面から設けられる、前記(13)に記載の半導体装置。
(15)
前記第5絶縁膜は、前記開口の側面の少なくとも一部を被覆する、前記(13)又は(14)に記載の半導体装置。
(16)
前記第5絶縁膜は、前記第3絶縁膜、及び前記第4絶縁膜を形成する材料よりも誘電率が低い材料にて形成されており、
前記第1低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた前記開口の少なくとも一部を含む、前記(13)~(15)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(17)
前記1層以上の絶縁膜は、
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜と、
前記第4絶縁膜の上に設けられ、前記開口を閉塞する第5絶縁膜と
を含み、
前記第2低誘電率領域は、前記積層方向において、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、又は前記第3絶縁膜の少なくともいずれかが形成された領域に設けられた空隙を含む、前記(6)に記載の半導体装置。
(18)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第1絶縁膜の少なくとも一部を露出させる、前記(17)に記載の半導体装置。
(19)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記半導体層の表面に設けられた前記第1絶縁膜を露出させる、前記(18)に記載の半導体装置。
(20)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記ゲート電極の少なくとも一部をさらに露出させる、前記(19)に記載の半導体装置。
(21)
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第4絶縁膜の上面から前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる前記開口と連続して設けられる、前記(17)~(20)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(22)
前記第5絶縁膜は、前記第2低誘電率領域に含まれる空隙の側面、又は底面の少なくとも一部を被覆する、前記(21)に記載の半導体装置。
(23)
前記積層方向の一断面において、前記第2低誘電率領域が設けられた領域の幅は、前記ゲート電極の表面に設けられた前記第1絶縁膜の幅よりも大きい、前記(17)~(22)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(24)
前記第5絶縁膜は、前記第3絶縁膜、及び前記第4絶縁膜を形成する材料よりも誘電率が低い材料にて形成されており、
前記第2低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた領域を含む、前記(17)~(23)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(25)
前記ゲート電極は、前記面内方向に一方向に延伸されて設けられ、
前記コンタクトプラグ、前記第1メタル、前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と平行方向に延伸されて設けられる、前記(1)~(24)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(26)
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と交差する方向に延伸されて設けられる、前記(25)に記載の半導体装置。
(27)
前記ゲート電極は、同一方向に延伸された複数のフィンガー部と、前記複数のフィンガー部を連結する連結部とを含み、
前記第1低誘電率領域は、前記フィンガー部の上方、又は前記連結部の少なくとも一部の上方に設けられ、
前記第2低誘電率領域は、前記フィンガー部の側壁、又は前記連結部の少なくとも一部の側壁に設けられる、前記(1)~(26)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(28)
前記面内方向において、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域を含む素子領域と、
多層配線部を有し、素子分離層によって前記素子領域と区画される配線領域と、
が設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記素子領域内に設けられる、前記(1)~(27)のいずれか一項請求項1に記載の半導体装置。
(29)
前記面内方向において、
前記素子領域、及び前記配線領域を含むアクティブ領域と、
前記素子分離層を含み、前記アクティブ領域の外側に設けられた素子分離領域と、
が設けられ、
前記素子分離領域の前記素子分離層の上には、前記ゲート電極と接続されたゲートコンタクトが設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記ゲートコンタクトを回避して設けられる、前記(28)に記載の半導体装置。
(30)
高周波デバイス用の電界効果トランジスタとして用いられる、前記(1)~(29)のいずれか一項に記載の半導体装置。
(31)
半導体層の上面側にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の各々の上にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記コンタクトプラグの各々の上に第1メタルを積層する工程と、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域を形成する工程と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域を形成する工程と
を含み、
前記第1低誘電率領域が形成される平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に前記第2低誘電率領域を形成する、半導体装置の製造方法。
The technology according to the present disclosure may also have the following configuration. According to the technology according to the present disclosure having the following configuration, it is possible to reduce the off-capacitance of a field-effect transistor. The effects achieved by the technology according to the present disclosure are not necessarily limited to the effects described herein, and may be any of the effects described in the present disclosure.
(1)
A gate electrode;
a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
The second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided.
(2)
The semiconductor device according to (1), wherein the first low dielectric constant region is further extended to at least any region between an upper surface and a lower surface of the first metal in the stacking direction.
(3)
The semiconductor device according to (2), wherein the first low dielectric constant region is further extended to at least any region above an upper surface of the first metal in the stacking direction.
(4)
The semiconductor device according to any one of (1) to (3), wherein the second low dielectric constant region is provided contiguous with the first low dielectric constant region.
(5)
the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region each include a gap;
The semiconductor device according to (4), wherein the void included in the first low dielectric constant region and the void included in the second low dielectric constant region are provided continuously.
(6)
one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
an opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from an upper surface of the one or more insulating films;
The semiconductor device according to any one of (1) to (5), wherein the first low dielectric constant region is provided inside the opening.
(7)
The semiconductor device according to (6), wherein the one or more insulating layers include insulating layers each formed of a material having a different etching rate.
(8)
The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
The semiconductor device according to (7), wherein the first insulating film is made of a material having an etching rate different from that of the second insulating film.
(9)
The semiconductor device according to (8), wherein in one cross section in the stacking direction, the width of the first low dielectric constant region is smaller than the width of the first insulating film provided on a surface of the gate electrode.
(10)
The semiconductor device according to (8) or (9), wherein the opening is provided at least penetrating the third insulating film on the gate electrode.
(11)
The semiconductor device according to (10), wherein the opening is provided through the second insulating film above the gate electrode, or through the second insulating film and the first insulating film.
(12)
the one or more insulating layers further include a fourth insulating layer covering an upper surface of the third insulating layer and a surface of the first metal;
The semiconductor device according to (10) or (11), wherein the opening is provided from an upper surface of the fourth insulating film.
(13)
the one or more insulating layers further include a fifth insulating layer provided on the fourth insulating layer;
The semiconductor device according to (12), wherein the fifth insulating film closes an upper portion of the opening.
(14)
a second metal provided between the fourth insulating film and the fifth insulating film;
the one or more insulating layers further include a seventh insulating layer covering an upper surface of the fourth insulating layer and a surface of the second metal;
The semiconductor device according to (13), wherein the opening is provided from an upper surface of the seventh insulating film.
(15)
The semiconductor device according to (13) or (14), wherein the fifth insulating film covers at least a part of a side surface of the opening.
(16)
the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
The semiconductor device according to any one of (13) to (15), wherein the first low dielectric constant region includes at least a portion of the opening filled with the fifth insulating film.
(17)
The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
a fourth insulating film covering an upper surface of the third insulating film and a surface of the first metal;
a fifth insulating film provided on the fourth insulating film and closing the opening;
The semiconductor device according to (6), wherein the second low dielectric constant region includes a void provided in a region in the stacking direction where at least one of the first insulating film, the second insulating film, or the third insulating film is formed.
(18)
The semiconductor device according to (17), wherein the void included in the second low dielectric constant region exposes at least a portion of the first insulating film.
(19)
The semiconductor device according to (18), wherein the void included in the second low dielectric constant region exposes the first insulating film provided on a surface of the semiconductor layer.
(20)
The semiconductor device according to (19), wherein the void included in the second low dielectric constant region further exposes at least a portion of the gate electrode.
(21)
The semiconductor device according to any one of (17) to (20), wherein the void included in the second low dielectric constant region is continuous with the opening provided from an upper surface of the fourth insulating film through at least the third insulating film above the gate electrode.
(22)
The semiconductor device according to (21), wherein the fifth insulating film covers at least a portion of a side surface or a bottom surface of a gap included in the second low dielectric constant region.
(23)
The semiconductor device according to any one of (17) to (22), wherein in a cross section in the stacking direction, a width of a region in which the second low dielectric constant region is provided is larger than a width of the first insulating film provided on a surface of the gate electrode.
(24)
the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
The semiconductor device according to any one of (17) to (23), wherein the second low dielectric constant region includes a region buried in the fifth insulating film.
(25)
the gate electrode is provided extending in one direction in the in-plane direction,
The semiconductor device according to any one of (1) to (24), wherein the contact plug, the first metal, the first low dielectric constant region, and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction parallel to the extension direction of the gate electrode.
(26)
The semiconductor device according to (25), wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction in a direction intersecting an extension direction of the gate electrode.
(27)
the gate electrode includes a plurality of finger portions extending in the same direction and a connecting portion connecting the plurality of finger portions,
the first low dielectric constant region is provided above the finger portion or above at least a part of the coupling portion;
The semiconductor device according to any one of (1) to (26), wherein the second low dielectric constant region is provided on a side wall of the finger portion or on at least a part of a side wall of the coupling portion.
(28)
In the in-plane direction,
an element region including the source region and the drain region;
a wiring region having a multi-layer wiring portion and separated from the element region by an element isolation layer;
is established,
28. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided in the element region.
(29)
In the in-plane direction,
an active region including the element region and the wiring region;
an isolation region including the isolation layer and disposed outside the active region;
is established,
a gate contact connected to the gate electrode is provided on the element isolation layer in the element isolation region;
The semiconductor device according to (28), wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided so as to avoid the gate contact.
(30)
The semiconductor device according to any one of (1) to (29) above, which is used as a field effect transistor for a high frequency device.
(31)
forming a gate electrode on an upper surface side of the semiconductor layer;
forming a source region and a drain region in the semiconductor layer with the gate electrode therebetween;
forming a contact plug on each of the source region and the drain region;
depositing a first metal on each of the contact plugs;
forming a first low dielectric constant region between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
forming a second low dielectric constant region in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming the second low dielectric constant region in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is formed.

本出願は、日本国特許庁において2019年6月20日に出願された日本国特許出願番号第2019-114339号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-114339, filed on June 20, 2019 in the Japan Patent Office, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範疇に含まれるものであることが理解される。 It will be understood that those skilled in the art may consider various modifications, combinations, subcombinations, and variations depending on design requirements and other factors, which are intended to fall within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (34)

ゲート電極と、
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と
を備え、
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域と連続して設けられると共に、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられる
半導体装置。
A gate electrode;
a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
the second low dielectric constant region is provided contiguous with the first low dielectric constant region and is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided.
前記第1低誘電率領域は、前記積層方向において前記第1メタルの上面と下面との間の少なくともいずれかの領域にさらに延伸して設けられる、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first low dielectric constant region is further extended to at least one region between the upper surface and the lower surface of the first metal in the stacking direction. 前記第1低誘電率領域は、前記積層方向において前記第1メタルの上面よりも上方の少なくともいずれかの領域にさらに延伸して設けられる、請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the first low dielectric constant region extends further into at least one region above the top surface of the first metal in the stacking direction. 前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、それぞれ空隙を含み、
前記第1低誘電率領域に含まれる空隙と、前記第2低誘電率領域に含まれる空隙とは連続して設けられる、請求項1に記載の半導体装置。
the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region each include a gap;
2 . The semiconductor device according to claim 1 , wherein the void included in said first low dielectric constant region and the void included in said second low dielectric constant region are provided continuously with each other.
前記ゲート電極を覆うように前記半導体層の上に設けられた1層以上の絶縁膜と、
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口と
をさらに備え、
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられる、請求項1に記載の半導体装置。
one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
an opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from an upper surface of the one or more insulating films;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein said first low dielectric constant region is provided inside said opening.
前記1層以上の絶縁膜は、エッチングレートが異なる材料でそれぞれ形成された絶縁膜を含む、請求項5に記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 5 , wherein said one or more insulating films include insulating films each formed of a material having a different etching rate. 前記1層以上の絶縁膜は、
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と
を含み、
前記第1絶縁膜は、前記第2絶縁膜の材料とは異なるエッチングレートの材料で形成される、請求項6に記載の半導体装置。
The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
7. The semiconductor device according to claim 6 , wherein said first insulating film is made of a material having an etching rate different from that of said second insulating film.
前記積層方向の一断面において、前記第1低誘電率領域の幅は、前記ゲート電極の表面に設けられた前記第1絶縁膜の幅よりも小さい、請求項7に記載の半導体装置。 8. The semiconductor device according to claim 7 , wherein in one cross section in the stacking direction, a width of said first low dielectric constant region is smaller than a width of said first insulating film provided on a surface of said gate electrode. 前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる、請求項7に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7 , wherein said opening is provided at least penetrating said third insulating film above said gate electrode. 前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第2絶縁膜、又は前記第2絶縁膜及び前記第1絶縁膜をさらに貫通して設けられる、請求項9に記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 9 , wherein the opening is provided by penetrating the second insulating film above the gate electrode, or by penetrating the second insulating film and the first insulating film. 前記1層以上の絶縁膜は、前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜をさらに含み、
前記開口は、前記第4絶縁膜の上面から設けられる、請求項9に記載の半導体装置。
the one or more insulating layers further include a fourth insulating layer covering an upper surface of the third insulating layer and a surface of the first metal;
The semiconductor device according to claim 9 , wherein the opening is provided from an upper surface of the fourth insulating film.
前記1層以上の絶縁膜は、前記第4絶縁膜の上に設けられた第5絶縁膜をさらに含み、
前記第5絶縁膜は、前記開口の上部を閉塞する、請求項11に記載の半導体装置。
the one or more insulating layers further include a fifth insulating layer provided on the fourth insulating layer;
The semiconductor device according to claim 11 , wherein the fifth insulating film closes an upper portion of the opening.
前記第4絶縁膜と前記第5絶縁膜との間に設けられた第2メタルをさらに備え、
前記1層以上の絶縁膜は、前記第4絶縁膜の上面、及び前記第2メタルの表面を覆う第7絶縁膜をさらに含み、
前記開口は、前記第7絶縁膜の上面から設けられる、請求項12に記載の半導体装置。
a second metal provided between the fourth insulating film and the fifth insulating film;
the one or more insulating layers further include a seventh insulating layer covering an upper surface of the fourth insulating layer and a surface of the second metal;
The semiconductor device according to claim 12 , wherein the opening is provided from an upper surface of the seventh insulating film.
前記第5絶縁膜は、前記開口の側面の少なくとも一部を被覆する、請求項12に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 12 , wherein said fifth insulating film covers at least a part of a side surface of said opening. 前記第5絶縁膜は、前記第3絶縁膜、及び前記第4絶縁膜を形成する材料よりも誘電率が低い材料にて形成されており、
前記第1低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた前記開口の少なくとも一部を含む、請求項12に記載の半導体装置。
the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
13. The semiconductor device according to claim 12 , wherein said first low dielectric constant region includes at least a portion of said opening filled with said fifth insulating film.
前記1層以上の絶縁膜は、
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と、
前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜と、
前記第4絶縁膜の上に設けられ、前記開口を閉塞する第5絶縁膜と
を含み、
前記第2低誘電率領域は、前記積層方向において、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、又は前記第3絶縁膜の少なくともいずれかが形成された領域に設けられた空隙を含む、請求項5に記載の半導体装置。
The one or more insulating layers are
a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
a fourth insulating film covering an upper surface of the third insulating film and a surface of the first metal;
a fifth insulating film provided on the fourth insulating film and closing the opening;
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the second low dielectric constant region includes a void provided in a region in which at least one of the first insulating film, the second insulating film, and the third insulating film is formed in the stacking direction .
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第1絶縁膜の少なくとも一部を露出させる、請求項16に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16 , wherein the void included in the second low dielectric constant region exposes at least a portion of the first insulating film. 前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記半導体層の表面に設けられた前記第1絶縁膜を露出させる、請求項17に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 17 , wherein the void included in the second low dielectric constant region exposes the first insulating film provided on a surface of the semiconductor layer. 前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記ゲート電極の少なくとも一部をさらに露出させる、請求項18に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 18 , wherein a void included in the second low dielectric constant region further exposes at least a portion of the gate electrode. 前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第4絶縁膜の上面から前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる前記開口と連続して設けられる、請求項16に記載の半導体装置。 17. The semiconductor device according to claim 16 , wherein the void included in the second low dielectric constant region is provided continuous with the opening provided penetrating at least from an upper surface of the fourth insulating film through the third insulating film above the gate electrode. 前記第5絶縁膜は、前記第2低誘電率領域に含まれる空隙の側面、又は底面の少なくとも一部を被覆する、請求項20に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 20 , wherein the fifth insulating film covers at least a part of a side surface or a bottom surface of a gap included in the second low dielectric constant region. 前記積層方向の一断面において、前記第2低誘電率領域が設けられた領域の幅は、前記ゲート電極の表面に設けられた前記第1絶縁膜の幅よりも大きい、請求項16に記載の半導体装置。 17. The semiconductor device according to claim 16 , wherein in a cross section in the stacking direction, a width of a region in which said second low dielectric constant region is provided is larger than a width of said first insulating film provided on a surface of said gate electrode. 前記第5絶縁膜は、前記第3絶縁膜、及び前記第4絶縁膜を形成する材料よりも誘電率が低い材料にて形成されており、
前記第2低誘電率領域は、前記第5絶縁膜にて埋め込まれた領域を含む、請求項16に記載の半導体装置。
the fifth insulating film is formed of a material having a lower dielectric constant than materials forming the third insulating film and the fourth insulating film,
17. The semiconductor device according to claim 16 , wherein said second low dielectric constant region includes a region buried in said fifth insulating film.
前記ゲート電極は、前記面内方向に一方向に延伸されて設けられ、
前記コンタクトプラグ、前記第1メタル、前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と平行方向に延伸されて設けられる、請求項1に記載の半導体装置。
the gate electrode is provided extending in one direction in the in-plane direction,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the contact plug, the first metal, the first low dielectric constant region, and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction parallel to an extension direction of the gate electrode.
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と交差する方向に延伸されて設けられる、請求項24に記載の半導体装置。 25. The semiconductor device according to claim 24 , wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided extending in a direction intersecting an extension direction of the gate electrode in the in-plane direction. 前記ゲート電極は、同一方向に延伸された複数のフィンガー部と、前記複数のフィンガー部を連結する連結部とを含み、
前記第1低誘電率領域は、前記フィンガー部の上方、又は前記連結部の少なくとも一部の上方に設けられ、
前記第2低誘電率領域は、前記フィンガー部の側壁、又は前記連結部の少なくとも一部の側壁に設けられる、請求項1に記載の半導体装置。
the gate electrode includes a plurality of finger portions extending in the same direction and a connecting portion connecting the plurality of finger portions,
the first low dielectric constant region is provided above the finger portion or above at least a part of the coupling portion;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the second low dielectric constant region is provided on a sidewall of the finger portion or on at least a part of a sidewall of the coupling portion.
前記面内方向において、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域を含む素子領域と、
多層配線部を有し、素子分離層によって前記素子領域と区画される配線領域と、
が設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記素子領域内に設けられる、請求項1に記載の半導体装置。
In the in-plane direction,
an element region including the source region and the drain region;
a wiring region having a multi-layer wiring portion and separated from the element region by an element isolation layer;
was established,
The semiconductor device according to claim 1 , wherein said first low dielectric constant region and said second low dielectric constant region are provided in said element region.
前記面内方向において、
前記素子領域、及び前記配線領域を含むアクティブ領域と、
前記素子分離層を含み、前記アクティブ領域の外側に設けられた素子分離領域と、
が設けられ、
前記素子分離領域の前記素子分離層の上には、前記ゲート電極と接続されたゲートコンタクトが設けられ、
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記ゲートコンタクトを回避して設けられる、請求項27に記載の半導体装置。
In the in-plane direction,
an active region including the element region and the wiring region;
an isolation region including the isolation layer and disposed outside the active region;
was established,
a gate contact connected to the gate electrode is provided on the element isolation layer in the element isolation region;
28. The semiconductor device according to claim 27 , wherein the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided so as to avoid the gate contact.
高周波デバイス用の電界効果トランジスタとして用いられる、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, which is used as a field effect transistor for a high frequency device. ゲート電極と、A gate electrode;
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と、a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
前記ゲート電極を覆うように前記半導体層の上に設けられた1層以上の絶縁膜と、one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口とan opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from the upper surface of the one or more insulating films;
を備え、Equipped with
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられ、the first low dielectric constant region is provided inside the opening,
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記1層以上の絶縁膜は、The one or more insulating layers are
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜とa third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
を含み、Including,
前記第1絶縁膜は、前記第2絶縁膜の材料とは異なるエッチングレートの材料で形成され、the first insulating film is formed of a material having an etching rate different from that of the second insulating film;
前記開口は、前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通すると共に、前記第2絶縁膜、又は前記第2絶縁膜及び前記第1絶縁膜をさらに貫通して設けられる、the opening is provided to penetrate at least the third insulating film on the gate electrode and further penetrate the second insulating film or the second insulating film and the first insulating film;
半導体装置。Semiconductor device.
ゲート電極と、A gate electrode;
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域と、a second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
前記ゲート電極を覆うように前記半導体層の上に設けられた1層以上の絶縁膜と、one or more insulating layers provided on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode;
前記1層以上の絶縁膜の上面から、前記ゲート電極に対応する平面領域に設けられた開口とan opening provided in a planar region corresponding to the gate electrode from the upper surface of the one or more insulating films;
を備え、Equipped with
前記第1低誘電率領域は、前記開口の内部に設けられ、the first low dielectric constant region is provided inside the opening,
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記1層以上の絶縁膜は、The one or more insulating layers are
前記ゲート電極の表面、及び前記半導体層の表面を覆う第1絶縁膜と、a first insulating film covering a surface of the gate electrode and a surface of the semiconductor layer;
前記第1絶縁膜の表面を覆う第2絶縁膜と、a second insulating film covering a surface of the first insulating film;
前記第2絶縁膜の表面と前記第1メタルの下面との間に設けられた第3絶縁膜と、a third insulating film provided between a surface of the second insulating film and a lower surface of the first metal;
前記第3絶縁膜の上面、及び前記第1メタルの表面を覆う第4絶縁膜と、a fourth insulating film covering an upper surface of the third insulating film and a surface of the first metal;
前記第4絶縁膜の上に設けられ、前記開口を閉塞する第5絶縁膜とa fifth insulating film provided on the fourth insulating film and closing the opening;
を含み、Including,
前記第2低誘電率領域は、前記積層方向において、前記第1絶縁膜、前記第2絶縁膜、又は前記第3絶縁膜の少なくともいずれかが形成された領域に設けられた空隙を含み、the second low dielectric constant region includes a gap provided in a region in which at least one of the first insulating film, the second insulating film, or the third insulating film is formed in the stacking direction;
前記第2低誘電率領域に含まれる空隙は、前記第4絶縁膜の上面から前記ゲート電極の上の前記第3絶縁膜を少なくとも貫通して設けられる前記開口と連続して設けられる、the void included in the second low dielectric constant region is provided continuously with the opening provided at least penetrating the third insulating film on the gate electrode from an upper surface of the fourth insulating film;
半導体装置。Semiconductor device.
ゲート電極と、A gate electrode;
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域とa second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
を備え、Equipped with
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記ゲート電極は、前記面内方向に一方向に延伸されて設けられ、the gate electrode is provided extending in one direction in the in-plane direction,
前記コンタクトプラグ、前記第1メタル、前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と平行方向に延伸されて設けられ、the contact plug, the first metal, the first low dielectric constant region, and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction in a direction parallel to an extension direction of the gate electrode,
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記面内方向において、前記ゲート電極の延伸方向と交差する方向に延伸されて設けられる、the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided extending in the in-plane direction in a direction intersecting an extension direction of the gate electrode;
半導体装置。Semiconductor device.
ゲート電極と、A gate electrode;
前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を有する半導体層と、a semiconductor layer having a source region and a drain region with the gate electrode therebetween;
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の上にそれぞれ設けられたコンタクトプラグと、contact plugs provided on the source region and the drain region, respectively;
前記コンタクトプラグの各々の上に積層された第1メタルと、a first metal layer deposited on each of the contact plugs;
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第1低誘電率領域と、a first low dielectric constant region provided between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に設けられた第2低誘電率領域とa second low dielectric constant region provided in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
を備え、Equipped with
前記第2低誘電率領域は、前記第1低誘電率領域が設けられる平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に設けられ、the second low dielectric constant region is provided in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is provided,
前記面内方向において、In the in-plane direction,
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域を含む素子領域と、an element region including the source region and the drain region;
多層配線部を有し、素子分離層によって前記素子領域と区画される配線領域と、a wiring region having a multi-layer wiring portion and separated from the element region by an element isolation layer;
が設けられ、was established,
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記素子領域内に設けられ、the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided in the element region,
前記素子領域、及び前記配線領域を含むアクティブ領域と、an active region including the element region and the wiring region;
前記素子分離層を含み、前記アクティブ領域の外側に設けられた素子分離領域と、an isolation region including the isolation layer and disposed outside the active region;
が設けられ、was established,
前記素子分離領域の前記素子分離層の上には、前記ゲート電極と接続されたゲートコンタクトが設けられ、a gate contact connected to the gate electrode is provided on the element isolation layer in the element isolation region;
前記第1低誘電率領域、及び前記第2低誘電率領域は、前記ゲートコンタクトを回避して設けられる、the first low dielectric constant region and the second low dielectric constant region are provided to avoid the gate contact;
半導体装置。Semiconductor device.
半導体層の上面側にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に、前記ゲート電極を間にしてソース領域、及びドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース領域、及び前記ドレイン領域の各々の上にコンタクトプラグを形成する工程と、
前記コンタクトプラグの各々の上に第1メタルを積層する工程と、
前記半導体層の面内方向において前記第1メタルの各々の間、かつ前記半導体層の積層方向において前記第1メタルの下面よりも下方の少なくともいずれかの領域に第1低誘電率領域を形成する工程と、
前記面内方向において前記コンタクトプラグと前記ゲート電極との間、かつ前記積層方向において前記第1低誘電率領域よりも下方の少なくともいずれかの領域に第2低誘電率領域を形成する工程と
を含み、
前記第1低誘電率領域が形成される平面領域とは少なくとも一部が異なる平面領域に前記第1低誘電率領域と連続するように前記第2低誘電率領域を形成する、半導体装置の製造方法。
forming a gate electrode on an upper surface side of the semiconductor layer;
forming a source region and a drain region in the semiconductor layer with the gate electrode therebetween;
forming a contact plug on each of the source region and the drain region;
depositing a first metal on each of the contact plugs;
forming a first low dielectric constant region between the first metals in an in-plane direction of the semiconductor layer and in at least one region below a lower surface of the first metal in a stacking direction of the semiconductor layer;
forming a second low dielectric constant region in at least any region between the contact plug and the gate electrode in the in-plane direction and below the first low dielectric constant region in the stacking direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming the second low dielectric constant region in a planar region at least partially different from a planar region in which the first low dielectric constant region is formed, so as to be continuous with the first low dielectric constant region .
JP2021528124A 2019-06-20 2020-06-09 Semiconductor device and method for manufacturing the same Active JP7568621B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019114339 2019-06-20
JP2019114339 2019-06-20
PCT/JP2020/022738 WO2020255805A1 (en) 2019-06-20 2020-06-09 Semiconductor device and method for manufacture of semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020255805A1 JPWO2020255805A1 (en) 2020-12-24
JP7568621B2 true JP7568621B2 (en) 2024-10-16

Family

ID=74040785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021528124A Active JP7568621B2 (en) 2019-06-20 2020-06-09 Semiconductor device and method for manufacturing the same

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220359706A1 (en)
JP (1) JP7568621B2 (en)
CN (1) CN114026688A (en)
DE (1) DE112020002933T5 (en)
TW (1) TW202101675A (en)
WO (1) WO2020255805A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111051A (en) 1999-10-13 2001-04-20 Sony Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002359369A (en) 2001-06-01 2002-12-13 Sony Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP2015207640A (en) 2014-04-18 2015-11-19 ソニー株式会社 Field effect transistor and method of manufacturing the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09283757A (en) * 1996-04-19 1997-10-31 Hitachi Ltd Field effect transistor, manufacturing method thereof, semiconductor integrated circuit and manufacturing method thereof
US10211146B2 (en) * 2016-05-12 2019-02-19 Globalfoundries Inc. Air gap over transistor gate and related method
US10157778B2 (en) * 2016-05-31 2018-12-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor structure and manufacturing method thereof
US20180366553A1 (en) * 2017-06-15 2018-12-20 Globalfoundries Inc. Methods of forming an air gap adjacent a gate structure of a finfet device and the resulting devices
JP7027874B2 (en) 2017-12-21 2022-03-02 トヨタ自動車株式会社 Separator for fuel cell and its manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111051A (en) 1999-10-13 2001-04-20 Sony Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002359369A (en) 2001-06-01 2002-12-13 Sony Corp Method for manufacturing semiconductor device
JP2015207640A (en) 2014-04-18 2015-11-19 ソニー株式会社 Field effect transistor and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN114026688A (en) 2022-02-08
JPWO2020255805A1 (en) 2020-12-24
WO2020255805A1 (en) 2020-12-24
TW202101675A (en) 2021-01-01
DE112020002933T5 (en) 2022-02-24
US20220359706A1 (en) 2022-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11810861B2 (en) Field-effect transistor, method of manufacturing the same, and radio-frequency device
TWI719982B (en) Cavity formation in semiconductor devices
JP2015207640A5 (en) FIELD EFFECT TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND HIGH FREQUENCY DEVICE
TW201724510A (en) Radio frequency isolation using substrate opening
US11296023B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
EP3723124A2 (en) Semiconductor device
JP6717404B2 (en) Field-effect transistor and wireless communication device
JP7568621B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US11881529B2 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JP6516029B2 (en) Field effect transistor and wireless communication device
JP6930635B2 (en) Field effect transistors and wireless communication devices

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240618

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240809

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241003

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7568621

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150